人字形通道模具溫擠壓制備鈦合金納米材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備大塊鈦合金納米材料的新方法及模具，尤其是涉及一種人字形通道模具的等橫截面?zhèn)认蜻B續(xù)擠壓模具。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦是一種銀白色的過渡金屬，其特征為重量輕、強度高、具金屬光澤，亦有良好的抗腐蝕能力(包括海水、王水及氯氣)。由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿，以及高強度、低密度，被美譽為“太空金屬”。在金屬元素中，鈦的比強度很高。它是一種高強度但低質(zhì)量的金屬，而且具有相當(dāng)好的延展性(尤其是在無氧的環(huán)境下)。鈦的表面呈銀白色金屬光澤。它的熔點相當(dāng)?shù)馗?超過1，649攝氏度)，所以是良好的耐火金屬材料。目前，鈦合金主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，同時，鈦合金在醫(yī)用材料領(lǐng)域方面的需求量也越來越大，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)界對鈦合金材料的力學(xué)性能要求越來越高，尤其是近年來復(fù)合材料的快速發(fā)展對鈦合金研究提出了巨大的挑戰(zhàn)，因此，開發(fā)具有高的硬度和強韌度的鈦合金是材料學(xué)界的目標(biāo)。
[0003]傳統(tǒng)的擺碾成形、鍛造、拉拔、乳制、旋轉(zhuǎn)鍛造、扭轉(zhuǎn)變形、靜液擠壓等形變強化是提高鈦合金材料強度并保證一定韌性的有效方法，而且還可有效細化晶粒。但是通過上述方法獲得的材料的織構(gòu)具有流線型，細化后的晶粒具有方向性，且為小角度晶界。由于鈦合金是難變形材料，因此獲得材料的塑性較差，因此，必須尋求新的技術(shù)和工藝方法，進一步提高鈦合金材料力學(xué)性能，保證高密度的前提下兼有高的強度和良好的韌性。
[0004]采用本發(fā)明一種人字形通道模具溫擠壓制備鈦合金納米材料的方法，可以對難變形的鈦合金進行大的塑性變形，同時通過不斷旋轉(zhuǎn)人字形通道模具，可實現(xiàn)鈦合金材料的反復(fù)塑性變形，同時通過改變旋轉(zhuǎn)人字形通道的方向，可以實現(xiàn)鈦合金劇烈塑性變形的變形均勻程度，最終獲得變形累積量大，晶粒尺寸均勻，細化后的納米晶粒晶界角度大的等軸納米晶粒，使塊體納米鈦合金的力學(xué)性能得到進一步提高，保證高密度的前提下兼有高的強度和良好的韌性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:針對上述存在的技術(shù)問題，提供一種通過不斷旋轉(zhuǎn)人字形通道模具能夠?qū)﹄y變形的鈦合金進行大的塑性變形實現(xiàn)鈦合金材料的晶粒等軸納米化，使塊體納米鈦合金有高的密度，同時有高的強度和良好的韌性。該人字形通道模具能通過旋轉(zhuǎn)人字形通道模具通道實現(xiàn)連續(xù)擠壓，可實現(xiàn)納米鈦合金材料制備的自動化。
[0006]本發(fā)明專利的技術(shù)方案是:本發(fā)明是人字形通道模具溫擠壓制備鈦合金納米材料的方法，包括坯料的準(zhǔn)備過程和人字形通道模具溫擠壓旋轉(zhuǎn)成形過程，兩個相應(yīng)的階段。
[0007]鈦合金坯料的化學(xué)成分及質(zhì)量分數(shù)為:A1:7.5%-9.75%，V:1.5%_2.5%，余量為Ti。鈦合金坯料的準(zhǔn)備過程主要包括鈦合金擠壓坯料的切割制備、材料軟化退火、噴丸表面處理工藝和水洗工藝；溫擠壓過程是通過人字形通道模具溫擠壓，對難變形的鈦合金進行擠壓，同時通過人字形中心軸線旋轉(zhuǎn)人字形模具120°后再進行后續(xù)道次擠壓，可實現(xiàn)鈦合金材料的反復(fù)塑性變形，最終累積大變形，獲得納米鈦合金材料；在每道次擠壓過程中，通過改變?nèi)俗中文＞咝D(zhuǎn)的方向，可以實現(xiàn)鈦合金劇烈塑性變形的均勻變形，晶粒尺寸均勻，可獲得細化后等軸納米晶粒材料；同時采用具有補償空間的模具結(jié)構(gòu)，通過背壓頂桿對毛坯施加背壓，可避免毛坯頭部產(chǎn)生高低不平的現(xiàn)象。同時對人字形通道模具施加預(yù)應(yīng)力，保證擠壓順利進行，通過提高人字形通道模具壽命。
[0008](b)在每道次擠壓過程中，通過改變?nèi)俗中瓮ǖ滥＞咝D(zhuǎn)的方向，可以實現(xiàn)鈦合金劇烈塑性變形的均勻變形，晶粒尺寸均勻，可獲得細化后等軸納米晶粒材料，使塊體納米鈦合金的力學(xué)性能得到進一步提高，保證高密度的前提下兼有高的強度和良好的韌性，采用此種方案，通過旋轉(zhuǎn)人字形通道模具溫擠壓成形方法可反復(fù)擠壓鈦合金坯料，同時采用背壓頂桿能保證鈦合金擠壓件不僅橫截面尺寸不變，同時擠壓件幾何形狀也不會改變。該新工藝可以實現(xiàn)鈦合金材料晶粒的納米等軸化。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進，坯料出口采用背壓頂桿，在擠壓機或液壓機上通過人字形通道模具反復(fù)選擇擠壓成形，最終獲得具有納米等軸組織的大塊鈦合金材料。
[0010]采用此種方案，不僅有利于保證鈦合金納米材料的幾何尺寸和形狀精度，同時預(yù)應(yīng)力夾緊裝置能提高模具的使用壽命，而且可實現(xiàn)鈦合金納米材料制備的自動化。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:在擠壓過程中通過旋轉(zhuǎn)人字形通道模具，可實現(xiàn)鈦合金材料的反復(fù)塑性變形，實現(xiàn)鈦合金晶粒納米化，同時通過改變旋轉(zhuǎn)人字形通道的方向，可以實現(xiàn)保證鈦合金晶粒呈等軸分布，因此，細化后的鈦合金是納米晶粒，而且是晶界角度大的等軸納米晶粒。人字形通道模具通道之間的夾角為120°，能夠有效降低擠壓載荷，既實現(xiàn)了塊狀鈦合金的納米化，又提高了模具的使用壽命，拓寬了劇烈塑性變形制備納米材料的領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0012]下面是結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方案進行詳細地說明。
[0013]圖1是本發(fā)明人字形通道模具溫擠壓示意圖；
圖2為本發(fā)明人字形通道模具溫擠壓模具及附屬裝置圖。
[0014]上述圖中的標(biāo)記為:
圖1為本發(fā)明人字形通道模具溫擠壓示意圖的1.凸模，2.擠壓件毛坯，3.旋轉(zhuǎn)凹模，
4.預(yù)應(yīng)力夾具，5.頂桿，6.背壓頂桿，7.預(yù)應(yīng)力夾具底座。
[0015]圖2為本發(fā)明人字形通道模具溫擠壓模具及附屬裝置圖的1.旋轉(zhuǎn)螺桿，2.固定預(yù)應(yīng)力夾板，3.背壓頂桿，4.旋轉(zhuǎn)凹模，5.擠壓件毛坯，6.上模板，7.凸模墊板，8.凸模固定板，9凸模，10.固定螺釘，11.方塊螺母。
【具體實施方式】
[0016]圖1是本發(fā)明人字形通道模具溫擠壓示意圖:1.初始狀態(tài):將處理好的鈦合金坯料放入人字形通道模具型腔；2.擠壓一次:凸模下行，當(dāng)凸模和坯料接觸擠壓開始，通過人字形通道模具溫擠壓，同時背壓桿在水平模具通道型腔對坯料實施背壓后隨凸模上行時回位，凸模完成一個行程，將凸模上行，同時順時針旋轉(zhuǎn)人字形通道模具；3.人字形模具旋轉(zhuǎn)120°后:可實現(xiàn)鈦合金材料的第二次塑性變形。
[0017]圖2是本發(fā)明的人字形通道模具溫擠壓模具及附屬裝置:1.將處理好的鈦合金坯料放入人字形通道模具型腔；2.凸模下行，當(dāng)凸模和坯料接觸擠壓開始，通過人字形通道進行溫擠壓，同時背壓桿在水平模具通道型腔對坯料實施背壓后隨凸模上行時回位；3.凸模完成一個行程，將凸模上行，同時順時針旋轉(zhuǎn)人字形通道模具，可實現(xiàn)鈦合金材料的第二次塑性變形，此時凸模完成第二個行程，同時背壓桿在水平模具通道型腔對坯料實施背壓后隨凸模上行時回位；4.凸模完成第二個個行程，再將凸模上行，同時逆時針旋轉(zhuǎn)人字形通道模具，可實現(xiàn)鈦合金材料的第三次塑性變形，同時背壓桿在水平模具通道型腔對坯料實施背壓后隨凸模上行時回位；5.凸模完成第三個個行程，再將凸模上行，同時順時針旋轉(zhuǎn)人字形通道模具，可實現(xiàn)鈦合金材料的第四次塑性變形，同時背壓桿在水平模具通道型腔對坯料實施背壓后隨凸模上行時回位；6.最終取出鈦合金擠壓件。
[0018]本發(fā)明加工工藝過程:1.首先進行鈦合金擠壓坯料的切割制備；2.材料軟化退火、噴丸表面處理工藝和水洗工藝；3.溫擠壓過程是通過人字形通道模具溫擠壓，對難變形的鈦合金進行溫擠壓，同時通過不斷旋轉(zhuǎn)人字形通道模具，可實現(xiàn)鈦合金材料的反復(fù)塑性變形，擠壓過程中使用潤滑劑是二硫化鉬與石蠟的混合物，混合比例為2:1。
[0029]本發(fā)明所采用的凹模連續(xù)通道結(jié)構(gòu)，均可采用現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明并不局限于上述所列舉的具體實施形式，凡本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動所能得到的改進，均屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0020]本發(fā)明所需設(shè)備為機械擠壓機或液壓機。
【主權(quán)項】
1.人字形通道模具溫擠壓制備鈦合金納米材料方法，可以對難變形的鈦合金進行大的塑性變形，其特征是:鈦合金坯料的化學(xué)成分及質(zhì)量分數(shù)為:A1:7.5%-9.75%，V:1.5%-2.5%，余量為Ti，通過人字形中心軸線旋轉(zhuǎn)人字形模具120°后再進行后續(xù)道次擠壓，可實現(xiàn)鈦合金材料的反復(fù)塑性變形，最終累積大變形，獲得納米鈦合金材料，在每道次擠壓過程中，通過改變?nèi)俗中文＞咝D(zhuǎn)的方向，可以實現(xiàn)鈦合金劇烈塑性變形的均勻變形，晶粒尺寸均勻，可獲得細化后等軸納米晶粒材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人字形通道模具溫擠壓制備鈦合金納米材料方法，其特征是:人字形模具型腔共有三處通道，在擠壓過程中除擠入和擠出兩條通道外，其它一處通道采用普通頂桿密封通道。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人字形通道模具溫擠壓制備鈦合金納米材料方法，本發(fā)明的特點是通過人字形中心軸線旋轉(zhuǎn)人字形模具120°后再進行后續(xù)道次擠壓，可實現(xiàn)鈦合金材料的反復(fù)塑性變形，最終累積大變形，獲得納米鈦合金材料，在每道次擠壓過程中，通過改變?nèi)俗中文＞咝D(zhuǎn)的方向，可以實現(xiàn)鈦合金劇烈塑性變形的均勻變形，晶粒尺寸均勻，細化后的納米晶粒晶界角度大的等軸晶粒，使塊體納米鈦合金的力學(xué)性能得到進一步提高，保證高密度的前提下兼有高的強度和良好的韌性。
【IPC分類】C22C14/00, C22F1/08
【公開號】CN105154800
【申請?zhí)枴緾N201510524965
【發(fā)明人】徐淑波, 王建飛, 鄭偉
【申請人】山東建筑大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月25日