工业纯钛板材室温ECAP变形组织性能研究

大塑性变形的目的是通过大塑性变形破碎晶粒，从而形成超细晶组织，获得具有良好综合力学性能的金属材料。利用大塑性变形技术科生产高强度半成品纳米钛棒材，应用于医疗领域。而医疗用品在引入临床实践过程中虽需花费很长时间，但纳米钛由于其非凡的机械性能和生物性能增加了其在外科和骨科应用的可能性。如纳米钛牙的临床试验在全球牙科方面的应用也已经发展到了一个新阶段。而高强度的管材、棒材及板材纳米钛可潜在地应用于骨科植入件方面。等径弯曲通道变形（ECAP）技术是一种最具应用前景的大塑性变形方法之一，是获得亚微米级甚至纳米级超细晶材料的研究热点。科研人员采用Φ135°的模具，在室温下成功实现纯钛板材8道次ECAP变形，获得光滑无裂痕试样，并对其微观组织和力学性能进行研究。

实验材料为热轧退火态的工业纯钛（CP-Ti）。将工业纯钛板材切割成尺寸为18mm×25mm×150mm的板状试样，采用通道夹角Φ为135°、外圆角Ψ=20°的模具，在室温下以C方式进行ECAP实验，挤压速度为5mm•s-1，用自制复合润滑剂分别涂在试样上和模具通道内。将试样分别挤压1～8道次，采用型号为GX5金相显微镜（OM）和JEM-200CX透射电镜（TEM）观察原始试样和变形后试样组织形貌及组织演变规律，利用截距法测量晶粒尺寸的大小，采用HX-1000TM显微硬度计进行硬度实验，观察其X、Y、Z面（分别以x、y、z轴为法向的截面）的硬度变化规律。试验结果如下：（1）采用Φ为135°的模具，在室温下成功实现纯钛板材8道次ECAP变形，并且得到光滑无裂痕试样，平均晶粒尺寸由57.000μm细化到0.668μm。（2）工业纯钛板材经过8道次ECAP变形，晶粒逐渐拉长，组织位错大量增加，出现板条状组织，随着道次的增加，位错逐渐消失，小角度晶界逐渐转变为大角度晶界，晶粒越来越细，最终达到纳米级别。（3）工业纯钛板材多道次ECAP变形后，1道次ECAP变形后硬度变化程度最大，X、Y、Z面的硬度增幅分别达32.6%、33.8%和32.9%，随着道次增加，8道次ECAP变形后，X、Y、Z面的硬度由原始态的1088MPa分别提高到1910、1943和1911MPa，硬度显著增加。