专利名称：一种高强度纯钛材料的制作方法
技术领域：
本发明属于材料领域，涉及一种高强度纯钛材料，尤其是一种低杂质含量纯钛材料及其冷加工和热处理方法
背景技术：
纯钛材料具有优异的韧塑 性、耐蚀性、生物相容性、加工性等特点，且制造成本低，同时，无合金元素添加环境相容，是广泛应用于军工国防、航空航天、医疗等领域的结构材料。然而，由于纯钛材料的强度较低,作为结构材料，应用范围受到限制。杂质含量越低的纯钛材料，强度就越低，但杂质含量越低，材料的稳定性就越好。
杂质元素含量，不大于(Wt%)抗拉强度 纯钛牌号-----
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 0.40 580参考国标GB/T2965-2007钛及钛合金棒材目前，在工业应用中，提高纯钛材料强度最成熟、最有效的方法是进行细晶强化。细晶强化的原理可用hall-Petch公式解释由于多晶体中的晶界变形抗力较大，且每个晶粒的变形都要受到周围晶粒的牵制，故多晶体的室温强度总是随着晶粒的细化(即晶界总面积的增加)而提高。多晶体屈服强度os与晶粒平均直径d之间的关系可用hall-Petch公式描述os= 0(l+kd_1/2。以不同晶粒尺寸的纯钛材料为例，当晶粒尺寸为7 8级时，强度为400Mpa左右，而当晶粒尺寸达到11 12级时，强度可提高70 lOOMpa。这充分说明了细晶强化对于材料强度的提升是有效的。然而，单纯通过细化晶粒的方式对纯钛材料强度的提升仍然非常有限，不能满足某些应用领域对材料强度性能的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高强度纯钛材料及其制备工艺，高强度纯钛材料采用低杂质含量的纯钛材料，通过冷加工与热处理方式获得高于现有强度2 3倍的纯钛材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的一种高强度纯钛材料，所述纯钛材料中Fe彡O. 04wt C ^ O. 04wt %、N 彡 O. 04wt%,H ^ O. 04wt%,0 ^ O. 04wt%，其余为 Ti。所述纯钛材料的熔炼原料为O级海绵钛，且O级海绵钛中Fe含量< O. 02wt% ;熔炼过程的真空度彡2 X KT1Pa,漏气率< O. 2Pa/min。所述高强度纯钛材料制成的棒丝材，所述棒丝材的直径φ ( 8mm，棒丝材的抗拉强度彡800Mpa，延伸率彡20%。所述高强度纯钛材料的制备工艺，包括如下步骤(I)熔炼采用O级海绵钛为熔炼原料，且O级海绵钛中Fe含量< O. 02wt%;熔炼过程的真空度彡2 X KT1Pa,漏气率< O. 2Pa/min ；(2)冷加工采用轧条退火后室温拉拔的方式进行加工，退火温度为750°C、时间lh，各拉拔道次中间不得进行热处理；道次累积冷加工变形量> 70% ；(3)成品退火热处理温度彡400°C，时间彡lh。所述高强度纯钛材料制备工艺的优选方式为采用Φ 12mm的纯钛轧条，经过750°C，Ih的退火后，扒皮为ΦΙΙι πι的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ6_的成品，累积加工变形量为70. 2% ;棒丝材的抗拉强度彡800Mpa，延伸率彡20%。。所述高强度纯钛材料制备工艺的优选方式为采用Φ7πιπι的纯钛轧条，经过7500C，Ih的退火后，扒皮为Φ6_的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ3. 25mm的成品，累积加工变形量为70. 7% ;将所述成品进行低温退火，退火温度400°C，退火时间Ih。本发明通过控制材料的成分和加工方式，使纯钛材料不仅具有相当于钛合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，同时具有钛合金不可比拟的低成本和环境友好性,本发明的纯钛材料杂质含量低,其强度比现有的纯钛材料高2 3倍。
图Ia为晶粒度为六级的纯钛材料金相结构图；图Ib为晶粒度为十级的纯钛材料金相结构图；
图2a为本发明的纯钛材料金相结构图；图2b为传统的纯钛材料金相结构图；图3a为本发明的纯钛材料低温退火后的金相结构图；图3b为本发明的纯钛材料未退火的金相结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述本发明的目的是采用低杂质含量的纯钛材料，通过适当的加工方式获得高于现有强度2 3倍的纯钛材料。该发明通过控制材料的成分和加工方式，使纯钛材料不仅具有相当于钛合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，同时具有钛合金不可比拟的低成本和环境友好性。
本发明中采用的纯钛材料的组成如下
权利要求
1.一种高强度纯钛材料，其特征在于所述纯钛材料中Fe ^ O. 04wt% >C ^ O. 04wt % >N 彡 O. 04wt%,H ^ O. 04wt%,0 ^ 0. 04wt%，其余为 Ti。
2.如权利要求I所述高强度纯钛材料，其特征在于所述纯钛材料的熔炼原料为O级海绵钛，且O级海绵钛中Fe含量彡O. 02wt% :熔炼过程的真空度彡2X KT1Pa,漏气率< O. 2Pa/min。
3.如权利要求I所述高强度纯钛材料制成的棒丝材,其特征在于所述棒丝材的直径Φ ^ 8mm,棒丝材的抗拉强度> 800Mpa,延伸率> 20%。
4.如权利要求I所述高强度纯钛材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤 (1)熔炼采用O级海绵钛为熔炼原料，且O级海绵钛中Fe含量<O. 02Wt%;熔炼过程的真空度彡2 X KT1Pa,漏气率< O. 2Pa/min ； (2)冷加工采用轧条退火后室温拉拔的方式进行加工，退火温度为750°C、时间lh，各拉拔道次中间不得进行热处理；道次累积冷加工变形量> 70% ； (3)成品退火热处理温度彡400°C，时间彡lh。
5.如权利要求4所述高强度纯钛材料的制备工艺，其特征在于 采用Φ 12mm的纯钛轧条，经过750°C，Ih的退火后，扒皮为Φ Ilmm的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ6πιπι的成品，累积加工变形量为70.2% ;棒丝材的抗拉强度彡800Mpa，延伸率彡20%。
6.如权利要求4所述高强度纯钛材料的制备工艺，其特征在于 采用Φ7mm的纯钛轧条,经过750°C, Ih的退火后,扒皮为Φ6mm的光条,采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ3. 25mm的成品，累积加工变形量为70. 7% ;将所述成品进行低温退火，退火温度400°C，退火时间lh。
全文摘要
本发明公开了一种高强度纯钛材料及其制备工艺，所述纯钛材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余为Ti。所述纯钛材料的熔炼原料为0级海绵钛，且0级海绵钛中Fe含量≤0.02wt％；熔炼过程的真空度≤2×10-1pa，漏气率＜0.2Pa/min。本发明通过控制材料的成分和加工方式，使纯钛材料不仅具有相当于钛合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，同时具有钛合金不可比拟的低成本和环境友好性，本发明的纯钛材料杂质含量低，其强度比现有的纯钛材料高2～3倍。
文档编号C22F1/18GK102899508SQ20121033416
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者杨华斌, 曹继敏, 樊梦婷, 魏芬绒, 罗斌莉, 王尔峥, 杨宏进, 王卫民, 毛江虹, 纪春雨 申请人:西安赛特金属材料开发有限公司