專利名稱：一種高強(qiáng)度純鈦材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一種高強(qiáng)度純鈦材料，尤其是一種低雜質(zhì)含量純鈦材料及其冷加工和熱處理方法
背景技術(shù)：
純鈦材料具有優(yōu)異的韌塑 性、耐蝕性、生物相容性、加工性等特點(diǎn)，且制造成本低，同時(shí)，無合金元素添加環(huán)境相容，是廣泛應(yīng)用于軍工國(guó)防、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)材料。然而，由于純鈦材料的強(qiáng)度較低,作為結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用范圍受到限制。雜質(zhì)含量越低的純鈦材料，強(qiáng)度就越低，但雜質(zhì)含量越低，材料的穩(wěn)定性就越好。
雜質(zhì)元素含量，不大于(Wt%)抗拉強(qiáng)度 純鈦牌號(hào)-----
Fe CNHO (Mpa)
TAl 0.20 0.08 0.03 0.015 0.18 240
TA2 0.30 0.08 0.03 0.015 0.25 400
TA3 0.30 0.08 0.05 0.015 0.35 500
TA4 0.50 0.08 0.05 0.015 0.40 580參考國(guó)標(biāo)GB/T2965-2007鈦及鈦合金棒材目前，在工業(yè)應(yīng)用中，提高純鈦材料強(qiáng)度最成熟、最有效的方法是進(jìn)行細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化的原理可用hall-Petch公式解釋由于多晶體中的晶界變形抗力較大，且每個(gè)晶粒的變形都要受到周圍晶粒的牽制，故多晶體的室溫強(qiáng)度總是隨著晶粒的細(xì)化(即晶界總面積的增加)而提高。多晶體屈服強(qiáng)度os與晶粒平均直徑d之間的關(guān)系可用hall-Petch公式描述os= 0(l+kd_1/2。以不同晶粒尺寸的純鈦材料為例，當(dāng)晶粒尺寸為7 8級(jí)時(shí)，強(qiáng)度為400Mpa左右，而當(dāng)晶粒尺寸達(dá)到11 12級(jí)時(shí)，強(qiáng)度可提高70 lOOMpa。這充分說明了細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)于材料強(qiáng)度的提升是有效的。然而，單純通過細(xì)化晶粒的方式對(duì)純鈦材料強(qiáng)度的提升仍然非常有限，不能滿足某些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧蠌?qiáng)度性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高強(qiáng)度純鈦材料及其制備工藝，高強(qiáng)度純鈦材料采用低雜質(zhì)含量的純鈦材料，通過冷加工與熱處理方式獲得高于現(xiàn)有強(qiáng)度2 3倍的純鈦材料。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的一種高強(qiáng)度純鈦材料，所述純鈦材料中Fe彡O. 04wt C ^ O. 04wt %、N 彡 O. 04wt%,H ^ O. 04wt%,0 ^ O. 04wt%，其余為 Ti。所述純鈦材料的熔煉原料為O級(jí)海綿鈦，且O級(jí)海綿鈦中Fe含量< O. 02wt% ;熔煉過程的真空度彡2 X KT1Pa,漏氣率< O. 2Pa/min。所述高強(qiáng)度純鈦材料制成的棒絲材，所述棒絲材的直徑φ ( 8mm，棒絲材的抗拉強(qiáng)度彡800Mpa，延伸率彡20%。所述高強(qiáng)度純鈦材料的制備工藝，包括如下步驟(I)熔煉采用O級(jí)海綿鈦為熔煉原料，且O級(jí)海綿鈦中Fe含量< O. 02wt%;熔煉過程的真空度彡2 X KT1Pa,漏氣率< O. 2Pa/min ；(2)冷加工采用軋條退火后室溫拉拔的方式進(jìn)行加工，退火溫度為750°C、時(shí)間lh，各拉拔道次中間不得進(jìn)行熱處理；道次累積冷加工變形量> 70% ；(3)成品退火熱處理溫度彡400°C，時(shí)間彡lh。所述高強(qiáng)度純鈦材料制備工藝的優(yōu)選方式為采用Φ 12mm的純鈦軋條，經(jīng)過750°C，Ih的退火后，扒皮為ΦΙΙι πι的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個(gè)道次，加工為Φ6_的成品，累積加工變形量為70. 2% ;棒絲材的抗拉強(qiáng)度彡800Mpa，延伸率彡20%。。所述高強(qiáng)度純鈦材料制備工藝的優(yōu)選方式為采用Φ7πιπι的純鈦軋條，經(jīng)過7500C，Ih的退火后，扒皮為Φ6_的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個(gè)道次，加工為Φ3. 25mm的成品，累積加工變形量為70. 7% ;將所述成品進(jìn)行低溫退火，退火溫度400°C，退火時(shí)間Ih。本發(fā)明通過控制材料的成分和加工方式，使純鈦材料不僅具有相當(dāng)于鈦合金的高強(qiáng)度，在室溫下使用具有良好的性能穩(wěn)定性，同時(shí)具有鈦合金不可比擬的低成本和環(huán)境友好性,本發(fā)明的純鈦材料雜質(zhì)含量低,其強(qiáng)度比現(xiàn)有的純鈦材料高2 3倍。


圖Ia為晶粒度為六級(jí)的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖Ib為晶粒度為十級(jí)的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；
圖2a為本發(fā)明的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖2b為傳統(tǒng)的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖3a為本發(fā)明的純鈦材料低溫退火后的金相結(jié)構(gòu)圖；圖3b為本發(fā)明的純鈦材料未退火的金相結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的目的是采用低雜質(zhì)含量的純鈦材料，通過適當(dāng)?shù)募庸し绞将@得高于現(xiàn)有強(qiáng)度2 3倍的純鈦材料。該發(fā)明通過控制材料的成分和加工方式，使純鈦材料不僅具有相當(dāng)于鈦合金的高強(qiáng)度，在室溫下使用具有良好的性能穩(wěn)定性，同時(shí)具有鈦合金不可比擬的低成本和環(huán)境友好性。
本發(fā)明中采用的純鈦材料的組成如下

權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度純鈦材料，其特征在于所述純鈦材料中Fe ^ O. 04wt% >C ^ O. 04wt % >N 彡 O. 04wt%,H ^ O. 04wt%,0 ^ 0. 04wt%，其余為 Ti。
2.如權(quán)利要求I所述高強(qiáng)度純鈦材料，其特征在于所述純鈦材料的熔煉原料為O級(jí)海綿鈦，且O級(jí)海綿鈦中Fe含量彡O. 02wt% :熔煉過程的真空度彡2X KT1Pa,漏氣率< O. 2Pa/min。
3.如權(quán)利要求I所述高強(qiáng)度純鈦材料制成的棒絲材,其特征在于所述棒絲材的直徑Φ ^ 8mm,棒絲材的抗拉強(qiáng)度> 800Mpa,延伸率> 20%。
4.如權(quán)利要求I所述高強(qiáng)度純鈦材料的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟 (1)熔煉采用O級(jí)海綿鈦為熔煉原料，且O級(jí)海綿鈦中Fe含量<O. 02Wt%;熔煉過程的真空度彡2 X KT1Pa,漏氣率< O. 2Pa/min ； (2)冷加工采用軋條退火后室溫拉拔的方式進(jìn)行加工，退火溫度為750°C、時(shí)間lh，各拉拔道次中間不得進(jìn)行熱處理；道次累積冷加工變形量> 70% ； (3)成品退火熱處理溫度彡400°C，時(shí)間彡lh。
5.如權(quán)利要求4所述高強(qiáng)度純鈦材料的制備工藝，其特征在于 采用Φ 12mm的純鈦軋條，經(jīng)過750°C，Ih的退火后，扒皮為Φ Ilmm的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個(gè)道次，加工為Φ6πιπι的成品，累積加工變形量為70.2% ;棒絲材的抗拉強(qiáng)度彡800Mpa，延伸率彡20%。
6.如權(quán)利要求4所述高強(qiáng)度純鈦材料的制備工藝，其特征在于 采用Φ7mm的純鈦軋條,經(jīng)過750°C, Ih的退火后,扒皮為Φ6mm的光條,采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個(gè)道次，加工為Φ3. 25mm的成品，累積加工變形量為70. 7% ;將所述成品進(jìn)行低溫退火，退火溫度400°C，退火時(shí)間lh。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度純鈦材料及其制備工藝，所述純鈦材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余為Ti。所述純鈦材料的熔煉原料為0級(jí)海綿鈦，且0級(jí)海綿鈦中Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10-1pa，漏氣率＜0.2Pa/min。本發(fā)明通過控制材料的成分和加工方式，使純鈦材料不僅具有相當(dāng)于鈦合金的高強(qiáng)度，在室溫下使用具有良好的性能穩(wěn)定性，同時(shí)具有鈦合金不可比擬的低成本和環(huán)境友好性，本發(fā)明的純鈦材料雜質(zhì)含量低，其強(qiáng)度比現(xiàn)有的純鈦材料高2～3倍。
文檔編號(hào)C22F1/18GK102899508SQ20121033416
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者楊華斌, 曹繼敏, 樊夢(mèng)婷, 魏芬絨, 羅斌莉, 王爾崢, 楊宏進(jìn), 王衛(wèi)民, 毛江虹, 紀(jì)春雨 申請(qǐng)人:西安賽特金屬材料開發(fā)有限公司