通過細化顯微組織可以大大改善金屬材料的力學性能,隨著晶粒尺寸的減小,特別是材料的強度、抗疲勞性能以及超塑性能都能夠得到增強。采用強塑性變形可獲得超細晶材料。對于純金屬,通過強塑性變形獲得的晶粒尺寸通常在100~500nm,等到的顯微組織稱亞微晶組織。強塑性變形包括高壓扭轉、等通道轉角擠壓及扭轉擠壓等技術。這些方法的優點是在保持工件原始形狀和尺寸的情況下累積變形的無限能力。重復應用常規變形方法,如軋制或壓縮,也能獲得亞微晶組織。
但是,多道次變形加工費用高、工作量大。因此,在一個變形周期中獲得一大應變量的加工方法極具吸引力。靜液擠壓便是這種方法:通過一模具,高壓液體施力于坯料,使用高壓可降低脆性-塑性的轉變溫度,高壓介質可降低擠壓過程中的摩擦力。靜液擠壓適宜于
鈦加工,因為鈦材料的室溫塑性相對較低。研究表明鈦材經擠壓20道次,顯微組織晶粒尺寸可細化至47nm,材料強度顯著提高至1320MPa。采用靜液擠壓1道次或2道次也可以實現大應變量,這比多道次擠壓富有吸引力。但1道次的應變量取決于材料強度,還受限于擠壓裝備的能力。應變累積程度隨材料溫度而增強,然而,靜液擠壓過程中,升高的溫度對鈦材的組織與性能的影響大家并不了解。
俄羅斯國立別爾哥羅德大學科研人員在20℃、350℃及450℃、真應變高達e=2的條件下研究了靜液擠壓對工業純鈦組織與性能的影響。在20℃、e=1.8的情況下,形成了寬度在100~500nm的片狀顯微組織。在更高的變形溫度350和450℃下,形成片狀和細晶區的混合顯微組織。在性能方面,靜液擠壓導致材料強度顯著提高,20℃和350℃時極限抗拉強度分別為1080和765MPa。較高溫度下的擠壓降低了材料的強度但提高了塑性,可以通過改變擠壓坯料溫度控制斷裂時的強度和延伸率。
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