含氫氧元素的純鈦擠壓材制備及性能研究

含氫氧元素的純鈦擠壓材制備及性能研究

間隙型輕元素氫和氧對鈦的組織結構具有可控性，可用于制備高強度、低成本化的鈦合金。為此，日本大阪大學的研究人員擬通過采用TiH2粉末、TiO2粉末設計研制出抗拉強度Rm≥1 000 MPa，斷裂伸長率A≥20%的高強度純鈦材。

實驗采用純度為99.5%，粒徑為18.8 μm的TiH2粉末，在室溫下于600 MPa的壓力下制成質量為160 g的φ 41 mm圓柱狀壓坯，然后分別在1 073、1 173、1 273 K下氬氣氣氛中脫氫、燒結，燒結體表面經切削加工后在1 073 K下經擠壓得到擠壓材，并對擠壓材的性能進行測試。氧元素則通過純度為99.5%，粒徑為1.7 μm的TiO2粉末添加，將1.5%(質量分數)TiO2粉末與上述TiH2粉末混合，經球磨(磨球為ZrO2)后得到混合均勻的粉末，按照上述工序制成擠壓材，進行組織結構及力學性能的評價。

實驗結果表明，TiH2粉末的燒結溫度不同，燒結體經熱擠壓后的氫含量亦有所不同。氫含量最低的擠壓材為H-1273(表示原料為TiH2粉末，燒結溫度為1 273 K)，其屈服強度Rp0.2為523 MPa，抗拉強度Rm為702 MPa，斷裂延伸率A為27.1%，彈性模 量E為107 GPa，且呈α等軸組織以及＜10＞α織構，組織及結構與一般純鈦擠壓材相同，可見直接以TiH2粉末為原料可實現純鈦材加工的低成本化。對于在較低溫度下脫氫燒結的擠壓材H-1173及H-1073，其織構為＜0001＞α，呈約2～3 μm的細晶組織，這是由于受到β穩定元素H的影響所導致的。另外，擠壓材H-1073除了晶粒得到細化，彈性模量也因織構強化而有所增加，屈服強度Rp0.2增加了187 MPa，斷裂伸長率A達到了27.6%，具有與擠壓材H-1273同等的高延展性。此外，研究人員還探討了具有＜0001＞α織構的擠壓材的斷裂伸長率受氫含量的影響程度，即對擠壓材H-1073在1 073 K下進行不同脫氫時間的試驗。結果表明，不同氫含量的純鈦擠壓材具有不同的組織，因此可通過控制TiH2粉末中氫含量來實現對相變、組織的控制，從而制備出所需性能的材料。添加有1.5%(質量分數)TiO2的混合粉末在1 173 K下脫氫燒結并擠壓得到的擠壓材由于氧原子的固溶強化作用及氫的晶粒細化作用，其屈服強度Rp0.2達990 MPa，抗拉強度Rm達1 158 MPa，斷裂伸長率A達23.9%，遠遠優于市售Ti-6Al-4V合金的性能。

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.03.011

吳全興摘譯自《チタン》