工業純鈦板室溫一道次ECAP變形后試樣的硬度

工業純鈦板屬于α合金，為密排六方（hcp）晶格結構，具有良好的耐蝕性、力學性能和焊接性能，廣泛用于航空航天、化工工業、海洋工程等領域。通過ECAP變形，可顯著細化晶粒，改善組織，提高材料的力學性能。因此ECAP技術在近幾十年來受到國內外學者的廣泛關注。目前，已經有很多文獻報道ECAP成功制備出超細晶（UFG）材料，包括面心立方結構金屬，體心立方結構金屬，以及密排六方結構金屬。

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、塑性強度、韌性以及耐磨性能等物理性能和力學性能。其中常用的硬度指標維氏硬度廣泛應用在精密工業和材料科學研究中，特別是用來測定金屬薄膜層或化學處理后的表面層硬度，以及較小、較薄工件的硬度。關于ECAP技術加工后材料硬度的變化的報道很多，但由于工業純鈦是密排六方結構金屬，其滑移系比立方結構的金屬少，塑性差，所以ECAP變形困難，國外大多研究都是在高溫下進行，室溫擠壓成功的少見。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。

實驗用材料為熱軋態的工業純鈦板（TA1）。其化學成分（質量分數，%）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。實驗材料的抗拉強度為407MPa、維氏硬度為1588MPa，伸長率為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，在室溫進行一道次ECAP變形。模具Φ=90°時，一道次等效應變約1.08；模具Φ=120°時，一道次等效應變約0.635；實驗前在模具通道及試樣上均涂上自制的復合潤滑劑。擠壓速度均為120mm/min。
研究結果：（1）室溫下成功實現了90°和120°模具工業純鈦的一道次ECAP變形，分別獲得了沿一個方向伸長的板條狀組織。
（2）工業純鈦室溫ECAP變形可以顯著細化晶粒，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。