商业纯钛因其优异的耐腐蚀性和生物相容性而被广泛应用于结构领域，尤其是在化学加工设备和生物医学植入物中[1]。然而，CP-Ti的强度相对低于合金钛[2]，这限制了其在承重部件中的应用[3]。在保持耐腐蚀性和延展性的同时提高其机械性能（如强度和抗疲劳性）是扩大其在航空航天、海洋工程及其他结构领域应用范围的关键驱动力。
晶粒细化已成为一种有效强化CP-Ti的方法，且无需引入可能影响其耐腐蚀性或生物相容性的合金元素[4]。研究表明，通过极端塑性变形技术（如ECAP和HPT）可制备出超细晶粒（UFG）CP-Ti，显著提升其强度。Hajizadeh等人[5]报道，温热多道ECAP处理可将平均晶粒尺寸细化至约183 nm，使极限抗拉强度达到892 MPa，而粗晶粒CP-Ti的相应数值分别为540 MPa和463 MPa。Hosseini等人[6]进一步证明，经过四次ECAP处理后，2级CP-Ti的极限抗拉强度从初始的约450 MPa（平均晶粒尺寸约24.25 μm）提高至约679 MPa（平均晶粒尺寸约1.16 μm）。此外，由于形成了超细晶粒结构并引入了压缩残余应力，疲劳强度也得到了改善。Shirooyeh等人[7]发现，室温HPT处理可将初始晶粒尺寸约45 μm的CP-Ti制备成平均晶粒尺寸约150 nm的纳米结构，并使维氏硬度从195 HV提升至约390 HV。González-Jiménez等人[8]进一步证实，HPT和高压滑动处理显著增强了2级CP-Ti的强度-延展性平衡，屈服强度超过900 MPa。其他近期研究也报道了ECAP处理CP-Ti的类似强化效果，以及加工温度和变形路径的影响[9,10]。
另一种有前景的方法是结合机械 milling（MM）和火花等离子烧结（SPS）技术，通过压实低温研磨的纳米晶粒粉末来制备大块超细晶粒CP-Ti[11],[12],[13]。这些方法充分展示了晶粒细化的潜力。然而，由于样品尺寸小、污染问题及复杂的加工要求，ECAP、HPT和MM + SPS在工业上的可行性仍有限，因此亟需探索可扩展的加工技术。
在钛合金的加工过程中，通常采用高温β相区域变形后进行亚转变温度下的加工，以破坏层状结构并生成细小的等轴晶粒[14],[15],[16]。在α–β相转变附近及亚转变温度范围内进行的加工为CP-Ti的热成型提供了有效途径。α–β两相区域的变形可在相对较低的流动应力下实现，而亚转变温度下的加工则通过动态再结晶（DRX）促进细小等轴晶粒的形成。
先前的研究表明，在亚转变温度（通常为400–800 °C）和中等应变速率下对CP-Ti进行热压缩时，动态再结晶（DRX）在晶粒细化中起主导作用[18],[19],[20]；而在β转变附近的热加工过程中会发生从α相到β相的逆转变（SIDT）[21],[22],[23]。Zeng等人[18]发现，在400–700 °C和0.001–1 s?1的应变速率下压缩CP-Ti至60%时，不同温度和应变速率下表现出不同的机制：低温和高应变速率下以孪晶和位错滑移为主，导致明显的加工硬化（WH）；而在高温和低应变速率下，动态恢复（DRV）和动态再结晶（GDRX）促进软化及晶粒细化。Bishoyi等人[19]报告，在25、400和600 °C下以10?3 s?1?1
除动态再结晶外，最近的研究还发现α → β的逆转变是β转变附近的关键软化机制。Foul等人[21]证明，在765–900 °C和0.01 s?1
钢铁研究的成果为高温变形下的逆转变和晶粒细化提供了有用的理论依据。在低碳钢中，接近γ → α转变温度的平面应变压缩可促进逆转变和超细晶粒（UFG）的形成，从而获得良好的强度-延展性平衡[24,25]。类似地，接近转变温度的重压控制轧制也显示出UFG的形成强烈依赖于变形条件[26]，从而改善了强度-延展性平衡[27]和成形性[28]。在中碳钢中，高速变形后的快速冷却可通过相变进一步促进纳米级UFG的形成[29]。
需要注意的是，钢（基于体心立方（bcc））和CP-Ti（基于面心立方（hcp）的晶体结构及转变行为存在根本差异，因此详细的机制和微观结构演变无法直接比较。尽管如此，先前的研究已表明，在高温和高应变速率变形下，钛和其他hcp金属中也可能发生逆转变和动态再结晶。从概念上讲，这些结果表明，即使在晶体结构不同的情况下，动态软化过程（如动态再结晶和逆转变）在严重热机械条件下也能在晶粒细化中发挥类似作用。
具体而言，本研究使用化学组成为0.0012H-0.127O–0.003N–0.001C-0.056Fe（质量百分比）的2级CP-Ti样品，在700–1000 °C的温度范围内进行热压缩，变形率为1 s?11）和高应变速率（>10 s?1?1
