含氢氧元素的纯钛挤压材制备及性能研究

含氢氧元素的纯钛挤压材制备及性能研究

间隙型轻元素氢和氧对钛的组织结构具有可控性，可用于制备高强度、低成本化的钛合金。为此，日本大阪大学的研究人员拟通过采用TiH2粉末、TiO2粉末设计研制出抗拉强度Rm≥1 000 MPa，断裂伸长率A≥20%的高强度纯钛材。

实验采用纯度为99.5%，粒径为18.8 μm的TiH2粉末，在室温下于600 MPa的压力下制成质量为160 g的φ 41 mm圆柱状压坯，然后分别在1 073、1 173、1 273 K下氩气气氛中脱氢、烧结，烧结体表面经切削加工后在1 073 K下经挤压得到挤压材，并对挤压材的性能进行测试。氧元素则通过纯度为99.5%，粒径为1.7 μm的TiO2粉末添加，将1.5%(质量分数)TiO2粉末与上述TiH2粉末混合，经球磨(磨球为ZrO2)后得到混合均匀的粉末，按照上述工序制成挤压材，进行组织结构及力学性能的评价。

实验结果表明，TiH2粉末的烧结温度不同，烧结体经热挤压后的氢含量亦有所不同。氢含量最低的挤压材为H-1273(表示原料为TiH2粉末，烧结温度为1 273 K)，其屈服强度Rp0.2为523 MPa，抗拉强度Rm为702 MPa，断裂延伸率A为27.1%，弹性模 量E为107 GPa，且呈α等轴组织以及＜10＞α织构，组织及结构与一般纯钛挤压材相同，可见直接以TiH2粉末为原料可实现纯钛材加工的低成本化。对于在较低温度下脱氢烧结的挤压材H-1173及H-1073，其织构为＜0001＞α，呈约2～3 μm的细晶组织，这是由于受到β稳定元素H的影响所导致的。另外，挤压材H-1073除了晶粒得到细化，弹性模量也因织构强化而有所增加，屈服强度Rp0.2增加了187 MPa，断裂伸长率A达到了27.6%，具有与挤压材H-1273同等的高延展性。此外，研究人员还探讨了具有＜0001＞α织构的挤压材的断裂伸长率受氢含量的影响程度，即对挤压材H-1073在1 073 K下进行不同脱氢时间的试验。结果表明，不同氢含量的纯钛挤压材具有不同的组织，因此可通过控制TiH2粉末中氢含量来实现对相变、组织的控制，从而制备出所需性能的材料。添加有1.5%(质量分数)TiO2的混合粉末在1 173 K下脱氢烧结并挤压得到的挤压材由于氧原子的固溶强化作用及氢的晶粒细化作用，其屈服强度Rp0.2达990 MPa，抗拉强度Rm达1 158 MPa，断裂伸长率A达23.9%，远远优于市售Ti-6Al-4V合金的性能。

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.03.011

吴全兴摘译自《チタン》