[发明专利]基于螺杆挤压的钛合金超细组织实现装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种钛合金加工技术领域的装置及方法，具体是一种基于螺杆挤压的钛合金超细组织实现装置及方法。

背景技术

现在，在全世界对材料的纳米组织和超细小晶粒组织表现出极大兴趣（晶粒尺寸10～100纳米）。这样的材料具有独特的物理力学性能。

获得具有纳米材料和超细晶粒批量毛坯最有效方法是在整个毛坯体积内积蓄剧烈塑性变形而不改变其形状。属于激烈塑性变形工艺是：等径弯曲通道挤压、全方位锻造等。激烈塑性变形过程的特点是，毛坯变形一个周期之后仍回到原始形状，这就允许多次变形。由于金属大塑性变形结果（等效变形通常ε_i=5～10），其元素组织尺寸减小并达到纳米和超细晶粒材料特征值。随着超细晶粒变形之后，这些金属具有独特的性能，其中许多性能引起人们兴趣。特别是它们既有极高的塑性又有综合高的强度。极大地改变了这些金属的基本特征，例如弹性模量、居里温度、德拜电偶极矩和饱和磁化强度等等。受到航空航天等高科技企业极大重视。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1886446，公开日2006-12-27，公开了一种螺杆型加工装置及用该装置加工的制品，该技术是螺杆式加工装置，其能将物质连续地与二氧化碳气体一起压缩而成为临界状态的流体并施以加工。其设置有真空部E，其后续于原料供给部X的挤压螺杆，是使螺杆轴变细并增大螺纹叶片间的空隙容积，于该真空部E导入二氧化碳气体;再于该真空部E后设置压缩部F，是使螺杆轴再度变粗并使螺纹叶片间隙变窄而构成，之后设置孔口部L，是使轴的口径与筒内周实质上为相同，并于该轴表面或周围设置孔口17。其中，孔口通过物质的最大流速以设计为10～1500cm/秒为优选。但该技术只能压缩流体，属于聚酯发泡体的制造；并不能应用于固体金属。

中国专利文献号CN201950084U，公开日2011-08-31，公开了一种用于连续地挤压金属的设备，该技术包括布置成关于实质上垂直的轴线旋转的可旋转的螺杆、实质上包围螺杆的螺杆外壳、布置在螺杆的下游部分以形成挤压金属的形状的模具组件、含有适合于驱动螺杆的主马达和适合于将来自主马达的动力转移到螺杆的齿轮箱组件的基座框架，以及用于冷却至少螺杆外壳的冷却组件。冷却组件包括与基座框架相结合的冷却液容器。但该技术主要是螺杆制造装置，该装置用于连续挤压铅类软金属，且被挤压件只能向一个方向排出，无法用于反复挤压或超细晶粒硬金属或合金领域。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于螺杆挤压的钛合金超细组织实现装置及方法，与单调变形比较为周期性变形，具有更高塑性金属特征，能够获得材料纳米组织和超细晶粒组织。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于螺杆挤压的钛合金超细组织实现装置，包括：活动设置于容器内的挤压驱动机构和凹模机构，其中：凹模机构内部设有螺纹矩形截面通道，该螺纹矩形截面通道中各段横截面的面积相同且均为矩形。

所述的螺纹矩形截面通道的螺纹线的倾角β，即从凹模主轴线到挤压轴线夹角的范围为45°～60°。

所述的容器内优选设有支撑套筒，其中：支撑套筒位于挤压驱动机构和凹模机构之间并与挤压驱动机构相连，支撑套筒和挤压驱动机构之间构成第一腔室且其腔室中充满高压液体。

所述的凹模机构与容器之间构成第二腔室且其腔室中通过阀控制充满恒定压力液体，该第二腔室的一端设有工质排出孔。

所述的挤压驱动机构为带有辅助冲头的柱塞或直接采用柱塞。

本发明涉及一种基于螺杆挤压的钛合金超细组织实现方法，包括以下步骤：

第一步、将挤压毛坯制成矩形截面四棱体；

所述的毛坯尺寸为：截面14mm×14mm；14mm×16mm、长度100mm、毛坯材料工业纯钛TA1。

第二步、将内置有第一步中得到的矩形截面四棱体的螺杆模具设置于液压机上并启动液压机，矩形截面四棱体经由挤压驱动机构推动并通过内部设有螺纹矩形截面通道的凹模机构。

所述的液压机输出力为2500～4000kN；

所述的第二步由若干个挤压周期组成，在凹模机构的一个挤压周期中：

1）矩形截面四棱体经由挤压驱动机构推动从第一腔室位移到第二腔室，柱塞抵达支撑套筒的上平面。

2）柱塞上行，将带有矩形截面四棱体的凹模机构倒转，然后重复步骤1），即到达第一腔室后完成一个挤压周期。

所述的倒转是指：将凹模机构倒转后依旧将柱塞下压，使得矩形截面四棱体又一次转到凹模机构的支撑套筒的上平面。