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近年来金属超细晶材料以高强度、高硬度、低温超塑性、耐磨性、高疲劳强度等优点成为科研工作者竞相研究的热点。强塑性变形法制备超细晶金属材料具有强细化晶粒尺寸效应、不会引入微孔及杂质、可制备大尺寸块体超细晶材料等优点，具有广阔的应用前景。在强塑性变形法中，等径角挤压法(ECAP)、累积轧制-复合法（ARB）、高压扭转法(HTP)、多次锻压法(MF)、循环挤压-墩粗法(CEC)、反复折皱-压直法(RCS)等方法被广泛研究。 Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb（简称TLM）钛合金是由西北有色金属研究院自主研发的一种不合毒性元素、综合力学性能优良的新型介稳定β型医用钛合金。具有低密度、高屈服强度、低弹性模量、耐腐蚀、易加工成型、成本较低等优点，在牙种植体、骨和关节的替代材料、血管支架等生物医用方面具有良好的应用前景。为进一步对该合金进行优化改性加工，完善其在强度、弹性模量、耐磨性、疲劳强度等方面的性能，扩大其应用，本文运用强塑性变形方法中，一种改进过的累积轧制-复合法制备TLM钛合金超细晶薄带材。 运用OM、SEM、TEM、XRD等检测手段对超细晶薄带材内部组织演化规律进行观察分析，运用拉伸试验机测试材料的强度、塑性、弹性模量，并分析其显微组织与力学性能之间的关系。得结论如下: 运用改进的累积-轧制复合工艺，使用普通轧机，制备了TLM钛合金超细晶薄带材。金相组织分析可知，除2层复合薄带材外，4层、8层、16层薄带材复合界面没有明显界限，复合良好，结合强度接近基体强度。在扫描电镜下进一步观察复合界面，分析认为复合机理为“表面层裂缝”机理。 透射电镜组织表明，2层超细晶薄带材的晶粒尺寸约150-200nm，晶粒内部由亚晶、高密度位错和小角度晶界构成;4层薄带材晶粒尺寸在150nm附近，均匀的超细晶组织所占比例上升，界面角为小角度;8层薄带材晶粒尺寸细化至80-90nm，位错墙细化为亚晶界，材料内部出现由大角度晶界所包围的大范围超细晶组织;16层超细晶薄带材进一步被细化，超细晶由大角度晶界包围。 TLM钛合金超细晶薄带材的力学性能具有如下规律:(a)强度:随着累积应变量增加，复合层数增多，超细晶薄带材的屈服强度和抗拉强度逐渐增加，8层复合薄带材强度为1200MPa，比0.2mm厚冷轧态薄带材提高49％。(b)延伸率:随着累积应变量的增大，复合层数的增多，材料的延伸率逐步增加。8层超细晶复合薄带材延伸率为5％，是冷轧态薄带材的4.3倍。 运用改进的累积轧制-复合法加工TLM钛合金薄带材，使薄带材的力学性能得到改进。强度和塑性得到增加。其中8层超细晶复合薄带材的综合力学性能最为优越，屈服强度为955MPa，抗拉强度为1200MPa，延伸率为5％，显微硬度391MPa，分别是原始材料的2.14倍、1.49倍、4.3倍和1.45倍。