Key Words：nanostructured materials；gradient nanostructure；Severe plastic deformation； synthesis and processing

目 录

1 绪论 1

1.1钛及钛合金 1

1.1.1钛合金分类 2

1.1.2 钛合金材料研究现状 4

1.2 晶粒梯度材料 6

1.2.1晶粒梯度材料介绍 6

1.2.2 晶粒梯度材料的制备 8

1.3 研究目的以及意义 12

2 实验部分 12

2.1实验材料 12

2.2实验方案 13

2.3性能实验分析 17

2.3.1显微组织观察 17

2.3.2力学性能研究 17

3 实验结果与分析 18

3.1弯轧工艺的影响 18

3.1.1反复弯轧 18

3.1.2 弯轧+平轧 22

3.2异步轧制的影响 25

3.3再结晶退火的影响 27

4 结论 31

参考文献 32

致 谢 34

1 绪论

钛及钛合金有着优异的综合力学性，我国一直重视新型钛合金的研制，从仿制到创新再到仿制，目前仍以创新为重点。然而国外近几年更重视对已有的常用的钛及钛合金的改性和挖潜[1]。

工业纯钛是含一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的α相钛，它具有优良的冲压工艺性能和焊接性能，对热处理及组织类型不敏感，在令人满意的塑性条件下具有一定的强度。一般用于制造在-253～350℃温度下工作的、受力不大的各种板材零件或锻件，也可制造铆钉线材和管材。根据杂志含量的不同，我国将工业纯钛分为TA1、TA2、TA3。在最新的国际标准ISO中，TA2的室温力学性能为：延伸率≥25%，抗拉强度≥400MPa，屈服强度275~450Mpa，综合力学性能适中。

晶粒梯度组织目前在国内外的研究比较少，目前国内有中科院卢柯[2]院士在铜棒用机械研磨的方法做出了梯度纳米晶，刘刚[3]等人利用异步轧制做出了梯度晶粒层。研究表明，梯度结构的变形机制非常特殊，是机械驱动的晶界迁移，因而具有普通粗晶材料或者纳米材料截然不同的力学性能和物理化学性能。

本文旨在使用不用的轧制实验在工业纯钛TA2上形成晶粒梯度组织，研究其对工业纯钛TA2力学性能的影响。

1.1钛及钛合金

钛合金是 20 世纪中叶开始发展和应用起来的一种重要的金属材料，由于具有密度低（大约为钢的57%）、比强度高（为不锈钢的 3.5 倍，铝合金的1.3倍，镁合金的1.7 倍）、耐高温（在 500℃时仍保持良好的力学性能）、耐腐蚀、低温性能好（在温度为 20K 时仍有一定的塑性）以及良好的生物相容性等优点，被广泛地应用于航空航天、船舶、化工、兵器工业以及生物医药等领域，也使其成为力学和材料领域的研究热点，世界上的很多国内外学者相继对其进行了深入研究和开发，并在实际中得到了应用，如在美国军机 F/A-22 上钛合金的用量已经达到了整机总重的 38%，主要有应用于起落架上的 Ti-3Al-2.5V、应用于液压系统上的 Ti-6Al-4V 和一些钛合金的紧固件等；而在民机方面，目前 A380 客机上钛合金大约占 10%，主要应用于飞机的挂架和起落架等部位，波音 777、波音 787 和 A350 客机上的钛合金比重分别为 7%、15%和 14%，应用的部位主要集中在发动机的风扇盘、风扇叶片和中高压压气机盘等。钛合金在飞机中所占重量的百分比已经成为航空技术先进性的一个重要标志，臂如在1949 年的 F86 战斗机，其钛合金用量仅占 1%，而在 V2500 发动机和 F/A-22 战机中钛合金的用量已分别占了 31%和 38%。在波音系列飞机中，其钛合金的使用量也是日益增大的（如图 1.1）。另外，钛合金还可以用来制作导弹的蒙皮和结构部件以及人造卫星的星箭连接带，还有空间站的接头等。