[發明專利]三角度等通道擠壓制備納米鈦合金材料的方法

有效

• 申請號: 201610419245.7
• 申請日: 2016-06-13
• 公開（公告）號: CN105951018B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 徐淑波;劉鵬;景財年;任國成;林曉娟;范小紅;許榮福
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種制備大塊鈦合金納米材料的方法及模具，尤其是涉及一種實現三種角度等通道連續擠壓工藝及模具。

背景技術

鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。通過在鈦金屬中添加其它元素可做成鈦基合金及復合材料。鈦合金性能優良，儲量豐富，比強度高和耐腐蝕性好，世界上許多國家都已認識到鈦合金材料的重要性，并對其進行研究開發，并得到了實際應用。目前鈦及鈦合金在航空、航天、艦船、兵器、核能等領域有著廣泛的用途。航空航天工業是其主要消費領域，但是鈦合金的切削加工性能很差，特別是加工復雜飛機結構件零件，成品率很低，這就導致鈦合金產品加工、制作成本較高，而且航空航天領域中，性能是首先要考慮的問題，而其它因素如價格等則排在第二位，所以適合于此領域應用的鈦合金往往具有優異的性能，因此，在傳統冶金基礎上進一步開發高強度的鈦合金具有重要的戰略意義和應用價值。超塑性加工對提高鈦合金的成品率具有重要的作用。細晶合金會在低溫下顯示出超塑性，而劇烈塑性變形是制備超細晶材料的有效方法，該方法能夠制備塊狀致密的材料，工藝簡單，成本低廉，提高了材料利用率。傳統的等通道彎角工藝是細化晶粒較為有效地劇烈塑性變形方法，能夠通過多道次的擠壓實現材料晶粒的細化，但不同道次之間需要人工操作，浪費了時間，如果將其設計成連續通道，一次擠壓便可實現傳統工藝雙倍的效果，這樣不但提高了工作效率，改善了材料塑性，也降低了材料生產成本。

通過球磨法可以獲得納米材料，但通過獲得材料具有微孔隙。通過化學氣相沉積法也可獲得納米材料，但多為化合物，很難制備塊體納米金屬。通過劇烈塑性變形能夠獲得高強度塊體納米材料，根據Hall-Pech希爾-佩其公式，可知晶粒尺寸越小，材料的強度越高，可知，材料的強度與變形量具有一定關系，同時材料變形均勻程度對材料的使用價值具有重要影響，因此，開發相關多角度等通道擠壓工藝裝備，可以實現通過不斷旋轉三角度等通道擠壓模具，可以不更換新的模具，從而改變坯料通過三角度等通道擠壓模具的模具拐角，三種模具角度依次為60°、90°和120°，通過旋轉三角度等通道擠壓模具可以改變鈦合金的變形均勻程度，通過旋轉三角度等通道擠壓模具可以改變模具通道的模具拐角方向可以改變鈦合金的變形大小，最終能夠獲得要求的變形均勻度和變形量，獲得晶粒尺寸均勻，細化后的納米晶粒晶界角度大的等軸納米晶粒，通過調整三角度等通道擠壓模具的模具拐角，可獲得變形分布均勻程度和大小不同的鈦合金坯料，擠壓后的鈦合金的力學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。

發明內容

本發明的目的是：針對上述存在的技術問題，提供一種通過不斷旋轉三角度等通道擠壓模具，可以不更換新的模具，從而改變坯料通過三角度等通道擠壓模具的模具拐角，三種模具角度依次為60°、90°和120°，通過旋轉三角度等通道擠壓模具可以改變鈦合金的變形均勻程度，通過旋轉三角度等通道擠壓模具可以改變模具通道的模具拐角方向可以改變鈦合金的變形大小，最終能夠獲得要求的變形均勻度和變形量，獲得晶粒尺寸均勻，細化后的納米晶粒晶界角度大的等軸納米晶粒，通過調整三角度等通道擠壓模具的模具拐角，可獲得變形分布均勻程度和大小不同的鈦合金坯料，擠壓后的鈦合金的力學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。

本發明是通過如下技術方案來實現：

本發明所提供的鈦合金材料以鈦、鋁、鉬和釩為組元進行熔煉制坯，其組成可用aTi-bAl-cMo-dV表示，其中a：89-93，b：2-5，c：2-3，d：3-6且a+b+c+d=100。具有納米鈦合金材料，其特殊之處是：其是以高強鈦合金或Ti、Al、Mo、V系鈦合金作為基體材料，通過三角度等通道擠壓可制備不同晶粒細化程度和晶粒均勻程度的納米鈦合金材料，本發明提供一種三角度等通道擠壓制備納米鈦合金材料的方法，包括坯料的準備過程和熱擠壓旋轉成形過程，兩個相應的階段。

坯料的準備過程主要包括將熔煉獲得的鈦合金擠壓坯料進行切割制備、材料軟化退火、噴丸表面處理工藝和水洗工藝；熱擠壓過程是通過三角度等通道擠壓模具型腔的等通道彎角熱擠壓，對難變形的鈦合金進行擠壓，同時通過不斷旋轉三角度等通道擠壓模具，可實現鈦合金材料的反復塑性變形，同時采用具有補償空間的模具結構，通過背壓頂桿對毛坯施加背壓，可避免毛坯頭部產生高低不平的現象。同時對三角度等通道擠壓模具施加預應力，保證擠壓順利進行，通過提高三角度等通道擠壓模具壽命。