一種制備超細晶β鈦合金的擠壓變形加工模具及工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及到合金材料的研制技術領域，尤其涉及到一種制備超細晶β鈦合金的擠壓變形加工模具及工藝。
【背景技術】
[0002]β型鈦合金，具有冷成型性好、時效強度和斷裂韌性高、淬透深度大、耐蝕性好等優點，廣泛應用于星彈連接帶、航空用鉚釘及緊固件、超速離心機轉頭、彈性元件等。獲得具有亞微米晶粒結構的超細晶β欽合金可以有效提尚材料的強度，同時還可以提尚材料的塑性和韌性，擴大其應用范圍。
[0003]近年來，采用塑性變形的方法制取超細晶材料的新工藝一等通道彎角擠壓成型技術受到了特別的關注，等通道彎角擠壓是將多晶試樣壓入一個特別設計的模具中以實現大變形量的剪切變形工藝，與蒸發凝聚-原位冷壓成形法、高能球磨法、非晶晶化法等制備超細晶材料的方法相比，等通道彎角擠壓避免了研磨中可能帶入的雜質以及超細微粉冷壓合成法制備的超細晶材料中存在的大量的微空隙，得到的材料具有無孔洞、致密性好、材料純凈等優點，是制備三維大尺寸的致密超細晶塊體材料的有效工藝，具有很大的工業應用潛力；與傳統的金屬材料塑性加工工藝相比，由于變形過程中不改變材料的橫截面面積和截面形狀，故只需較低的工作壓力，實現材料的反復定向、均勻剪切變形，在特別大的變形量下使材料獲得均勻、顯著細化的晶粒組織。
[0004]最初Segal提出的等通道彎角擠壓模具模型為圖1所示，模具只考慮一個內角Φ ;Iwahashi等人對Segal的模型進行了改進并提出了圖2的模具模型，相比之前Segal的模型多了個外角Φ。對于這兩種模具結構來說，內角均存在鋒銳的尖角過渡，外角部位與模具內壁不相切，因而，在實際等通道彎角擠壓過程中，尖角處易會快速磨損、損傷工件表面，此夕卜，由于Ψ內角與模具內壁不相切，會導致材料變形時流動不均勻。
[0005]因此設計一種可以延長模具使用壽命，增加材料流動性，減少材料應變分布的不均勻性且用于制備超細晶β鈦合金的新型等通道彎角擠壓模具及相對應的工藝是先進鈦合金構件制造企業的必然需求。
[0006]通過專利檢索，存在以下已知的現有技術方案:
專利1:
申請號:200710092779.4，申請日:2007.9.28，授權公告日:2008.04.09，本發明公開了一種鎂合金擠壓變形加工方法及模具，采用單向擠壓徑向流動變徑角成型的擠壓模，擠壓比為4~60，把模具加熱后在模具擠壓通道腔內均勻涂抹潤滑劑，然后將經過均勻化處理的鎂合金坯料加熱后放入在已加熱的模具的擠壓腔中，通過擠壓模具向下運動的凸模，同時以0.5m/min~3m/min的擠壓速度、3MPa~35MPa的擠壓力，從鎂合金還料的上端進行等速擠壓，使鎂合金坯料由上部向模具擠壓腔徑向的變徑型腔通道流動擠壓變形。本發明采用單向擠壓徑向變徑角流動擠壓變形，既能夠極大地提高鎂合金晶粒的細化效果，使鎂合金材料的綜合力學性能得到提高，又能夠實現在低溫擠壓狀態下不降低擠壓速度，不降低成型樣品的質量，從而提高鎂合金擠壓變形加工的生產效率。
[0007]專利2:
申請號:201310379830.5，申請日:2013.08.27，授權公告日:2013.12.18，本發明公開了一種粉末高溫合金制坯的等通道擠壓模具，是一種用于改善粉末高溫合金坯料組織特征的等通道擠壓模具，鍛坯進入模具后，其截面分別經過圓截面到橢圓截面扭轉到圓截面，這種變形為扭轉剪切變形和擠壓變形的結合，實現了一道次擠壓過程中多種變形模式的組合。在變形扭轉過渡段，由于橢圓扭轉面的扭轉變形，坯料在剪切應力的作用下，發生轉動和剪切應變，實現晶粒的剪切破碎，達到細化晶粒的效果。同時，由于坯料受到型腔的限制，處于壓應力狀態下的坯料晶間變形困難，可抑制變形體原存在的各種微觀缺陷的發展。由于擠壓過程晶粒細化效果明顯，原始顆粒邊界消除徹底，粉末高溫合金坯料的綜合力學性能得到明顯提高。
[0008]專利3:
申請號:03132471.1，申請日:2003.06.30，授權公告日:2005.01.19，本發明提出一種鎂合金不等徑彎道擠壓-剪切誘導等溫處理球化半固態坯的制備方法。將鎂合金鑄坯經過不等徑彎道擠壓，產生大的剪切變形誘導，然后加熱到半固態溫區進行等溫處理。通過控制好等溫處理的時間和溫度，可獲得細小、球晶結構的半固態坯。本發明為半固態成形工藝在鎂合金加工領域的推廣應用，將產生積極的效果。
[0009]通過以上的檢索發現，以上技術方案不能影響本發明的新穎性；并且以上專利文件的相互組合不能破壞本發明的創造性。
【發明內容】
[0010]本發明提供了一種制備超細晶β鈦合金的擠壓變形加工模具，該模具可用于制備超細晶β鈦合金，且使用壽命長，能增加材料的流動性，提高材料應變分布的均勻性。
[0011]為了實現以上目的，本發明的模具采用的技術方案是:它包括中部開有垂直模腔
[11]右半部分，下部開有水平模腔(3)上半部分的上模(5)及上部開有水平模腔(3)下半部分并與上模(5)配合的下模，以及垂直模腔(11)內設置的可自動退出的擠壓桿(9)，以及擠壓桿(9)上端設置的擠壓桿固定板(6)及與之配合的墊塊(7)及將之固定的小螺栓(8)，以及擠壓桿(9)末端設置的石墨墊塊(12)，所述下模包括下模夾件(16)及其中間設置的下模活動件(2);所述水平模腔(3)下半部分設置在下模活動件(2)上；所述上模(5)與下模活動件(2)之間設置有鑲塊(14);所述下模下端設置有模具定位座(I);所述下模活動件(2)上端設置有背壓塊(21)將水平模腔(3 )末端封閉；所述垂直模腔(11)與水平模腔(3 )的通道截面大小及形狀相同；所述垂直模腔(11)與水平模腔(3)相交處設置有內圓角(51)及外圓角(141);所述外圓角(141)設置在鑲塊(14)末端。
[0012]進一步的，所述內圓角(51)大小為3-6_ ;所述外圓角(141)大小為2_5mm。
[0013]進一步的，所述內圓角(51)大小為5mm ;所述外圓角(141)大小為4mm。
[0014]進一步的，所述背壓塊(21)處于水平模腔(3)內的一面設置有石墨副墊(4)。
[0015]進一步的，所述石墨副墊(4)厚度為2mm。
[0016]進一步的，所述鑲塊(14)與上模(5)通過螺栓(14)與螺帽(10)連接固定；所述上模(5)與下模夾件(16)之間通過螺栓(14)與螺帽(10)連接固定，且其之間還設置有定位銷(15)。
[0017]進一步的，所述模具定位座(I)中間設置有滑槽(101);所述下模活動件(2)設置在滑槽(101)內。
[0018]本發明的另一個目的為提供一種制備超細晶β鈦合金的擠壓變形加工工藝，結合以上模具，能極大的提高β鈦合金的超細晶粒的細化效果，提高鈦合金的綜合力學性能，提高鈦合金的擠壓變形生產效率。
[0019]本發明的加工工藝步驟如下:
1)原料處理:選用β-Ti合金棒材，成分為T1-3Al-5Mo-5V-8Cr，進行200°C ~400°C均勻化退火處理，保溫1~2小時后，將其加工成長條形的毛坯；
2)潤滑處理:將所述毛坯加熱至100°C，采用浸涂方式在其表面涂敷軟化點在5000C ~700°C左右的玻璃潤滑劑，烘干所述毛坯；加熱如權利要求1-8所述模具至100°C，在模具內腔均勻涂抹石墨潤滑劑，烘干模具；
3)等通道彎角擠壓處理:將經潤滑處理后的毛坯放入所述模具垂直內腔，一起加熱至5000C ~700°C，保溫3~5小時后取出，放置在模具定位座內，從模具垂直內腔進行單向等速擠壓，使坯料由上部向模具擠壓腔內的通道流動擠壓變形，擠壓速度為0.5mm/s~2mm/so
[0020]進一步的，所述原料處理后，對所述毛坯進行拋光處理，至其表面粗糙度Ra彡1.25 μ m ;用70%~90%濃度的酒精將毛坯清洗干凈。
[0021]本發明的有益效果:
1、本發明的模具中，其上下模之間設置有帶外圓角的鑲塊，鑲塊處的外圓角弧面承受β鈦合金擠壓成型過程中最大擠壓力，鑲塊可方便的替換，該設置降低了模具維護頻率，提高了模具的使用壽命，提高了生產效率。