工業(yè)純鈦板室溫一道次ECAP變形后試樣的硬度

工業(yè)純鈦板屬于α合金，為密排六方（hcp）晶格結(jié)構(gòu)，具有良好的耐蝕性、力學(xué)性能和焊接性能，廣泛用于航空航天、化工工業(yè)、海洋工程等領(lǐng)域。通過(guò)ECAP變形，可顯著細(xì)化晶粒，改善組織，提高材料的力學(xué)性能。因此ECAP技術(shù)在近幾十年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào)道ECAP成功制備出超細(xì)晶（UFG）材料，包括面心立方結(jié)構(gòu)金屬，體心立方結(jié)構(gòu)金屬，以及密排六方結(jié)構(gòu)金屬。

硬度被定義為金屬材料表面抵抗其他硬物體壓入的能力，可反映出材料的彈性、塑性強(qiáng)度、韌性以及耐磨性能等物理性能和力學(xué)性能。其中常用的硬度指標(biāo)維氏硬度廣泛應(yīng)用在精密工業(yè)和材料科學(xué)研究中，特別是用來(lái)測(cè)定金屬薄膜層或化學(xué)處理后的表面層硬度，以及較小、較薄工件的硬度。關(guān)于ECAP技術(shù)加工后材料硬度的變化的報(bào)道很多，但由于工業(yè)純鈦是密排六方結(jié)構(gòu)金屬，其滑移系比立方結(jié)構(gòu)的金屬少，塑性差，所以ECAP變形困難，國(guó)外大多研究都是在高溫下進(jìn)行，室溫?cái)D壓成功的少見。研究人員主要研究室溫下不同模具一道次ECAP擠壓后工業(yè)純鈦的組織和硬度的變化情況，分析其影響因素有助于改善加工工藝。

實(shí)驗(yàn)用材料為熱軋態(tài)的工業(yè)純鈦板（TA1）。其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：0.10O、0.001H、0.01N、0.007C、0.03Fe。平均晶粒尺寸23μm，具有等軸狀單相組織。實(shí)驗(yàn)材料的抗拉強(qiáng)度為407MPa、維氏硬度為1588MPa，伸長(zhǎng)率為35%。將熱軋鈦板材切割成15mm×15mm×70mm的ECAP試樣，分別采用兩通道夾角Φ=90°和Φ=120°，外圓角均為Ψ=20°的模具，在室溫進(jìn)行一道次ECAP變形。模具Φ=90°時(shí)，一道次等效應(yīng)變約1.08；模具Φ=120°時(shí)，一道次等效應(yīng)變約0.635；實(shí)驗(yàn)前在模具通道及試樣上均涂上自制的復(fù)合潤(rùn)滑劑。擠壓速度均為120mm/min。
研究結(jié)果：（1）室溫下成功實(shí)現(xiàn)了90°和120°模具工業(yè)純鈦的一道次ECAP變形，分別獲得了沿一個(gè)方向伸長(zhǎng)的板條狀組織。
（2）工業(yè)純鈦室溫ECAP變形可以顯著細(xì)化晶粒，提高硬度，且采用不同模具（90°和120°）一道次擠壓后硬度值差異不大。
（3）90°模具擠壓后試樣上、下表面的硬度值稍低于試樣中間的硬度值，而120°模具擠壓后試樣表面硬度分布較均勻。