細化晶粒的加工在鈦合金上的應(yīng)用

用大塑性變形（SPD）方法細化晶粒受到關(guān)注，已有許多這方面的研究報告，但在實際應(yīng)用時，其在成本及對熱處理型合金的適用性等方面仍面臨許多困難。日本研究人員開發(fā)了可連續(xù)進行高效生產(chǎn)并能細化晶粒的加工-熱處理工藝（RMA-CREO，簡稱CREO）。這種方法把鈦棒在高頻線圈中局部加熱、冷卻，在局部形成變形抗力低的區(qū)域，在這個區(qū)域給試樣施加扭轉(zhuǎn)力，產(chǎn)生的剪切變形使晶粒細化，細化的組織由水冷裝置進行強制冷卻以防晶粒粗化。加熱扭轉(zhuǎn)變形通過在軸向的連續(xù)移動可以進行連續(xù)的細晶化處理。一種材料只要其在加熱狀態(tài)可變形就可用CREO法進行晶粒細化處理，該方法可用于鋁、鎂、鋼、不銹鋼、Ti-6Al-4V合金、銅合金等金屬材料。由于CERO法是一種非接觸工藝方法，可在高溫下給予強應(yīng)變，隨后急冷，是一種高效的熱處理方法。以往的SPD方法往往難以適用于熱處理型合金，而CREO法可進行有效的熱處理以大幅提高材料的性能。CREO處理的原理和效果大致有如下3種。
一是晶粒細化效果，即扭轉(zhuǎn)引起剪切變形，使晶粒伸長，這種伸長變形會產(chǎn)生應(yīng)變，從而使晶粒細化。由于是短時間加熱，應(yīng)變后會得到等軸的細小再結(jié)晶晶粒。
二是提高固溶效果，即加熱和CREO的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變引起原子間間距擴大而促進固溶，實現(xiàn)固溶強化。
三是結(jié)晶方向的控制效果，即對于主滑移面（0001）有強的各向異性的HCP鈦合金等，可通過CREO處理給予所定角度一定的織構(gòu)而控制這種材料的各向異性。研究人員通過對純鈦、Ti-6Al-4V、β鈦合金等的CREO處理，確認了這種方法可細化鈦的晶粒。如對純鈦進行CREO處理，其晶?？捎?0～100μm細化到2～20μm。研究人員還將經(jīng)CREO處理的直徑19mm的純鈦棒材通過鍛造成形為半徑約90mm、厚度約3mm的圓盤。研究表明，鍛造成形可進一步細化晶粒，提高其性能。綜上所述，這種RMA-CREO方法是一種可期待量產(chǎn)的實用型細化晶粒的加工-熱處理工藝。今后將對具體的加工件進行積極的實用化探討。