[发明专利]用位移变形法获得钛合金亚微米结晶组织的装置及方法

说明书

一种用位移变形法获得亚微米结晶组织的装置及方法，该装置包括：密闭的柱形壳体及设置于其内部的顶杆、旋转装置、感应加热器、两组喷射器和减压器；该方法为用铸造法得到的毛坯经过周期性的多次扭转过程、镦粗和挤压过程制得亚微米结晶组织。本发明可对大外廓尺寸和大重量的待加工毛坯拟定位移变形工艺；将螺旋扭转变形方法和单调剧烈变形方法相结合实现扭转‑镦粗‑挤压高效复合变形法，节约成本；设计扭转位移变形路线能够用于任何金属。

技术领域

本发明涉及的是一种金属成形领域的技术，具体是一种用位移变形法获得亚微米结晶组织的装置及方法。

背景技术

众所周知，钛合金广泛用在许多工业部门，包括航空航天、汽车和生物医学，钛合金具有很高的比强度、腐蚀寿命和蠕变稳定性以及优良生物兼容性等。但是，钛合金具有难调控组织和低的工艺塑性。许多钛合金尤其α+β钛合金，工艺塑性低，供货状态下组织不均匀。因此，从这些材料中获得价廉物美高质量复杂零件具有迫切现实意义。解决该问题有效途径之一是使用接近超塑性能亚微米组织的钛合金。遗憾的是，沿用现行工艺生产钛合金亚微米细晶粒是困难的，价格也是高昂的，需要消耗大量的能量和时间。

现有的TC4钛合金棒料经过变换轴向载荷处理，沿着X、Y、Z轴方向反复9次镦粗拔长，总的对数变形程度要达到ln20，要花费很长时间，消耗很多能源。例如将高H、直径圆棒镦粗到高0.4H，滚圆后垂直于原轴线方向拔长；再进行2次镦粗-拔长；再进行3次镦粗拔长。反复多次变换x、y、z轴方向多次镦粗拔长，才能达到亚微米细晶粒要求。

现有的大塑性变形工艺主要有等径角挤压、高压扭转、累计轧制和多向模锻。但所需模具及装置复杂，故至今还停留在实验和研究阶段。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用位移变形法获得亚微米结晶组织的装置及方法，利用螺旋扭转可逆性，有效减少变形时间成本并降低能量消耗。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用位移变形法获得亚微米结晶组织的装置，包括：密闭的柱形壳体及设置于其内部的顶杆单元、旋转装置、两组感应加热器、两组喷射器和减压器，其中：待加工工件通过固定支撑设置于壳体中央，顶杆单元位于待加工工件的两端，旋转装置设置于固定支撑的一侧且与待加工工件紧密接触，感应加热器位于固定支撑的另一侧且两组分别径向设置于待加工工件的外侧，两组喷射器设置于壳体的上部且分别位于感应加热器的旁侧和旋转装置的旁侧，减压器设置于壳体的一端。

所述的壳体的内部通有保护性气体，其底部设有多个滚道以便待加工工件位移。

所述的保护性气体采用但不限于氩气。

所述的固定支撑与旋转装置之间形成密闭室，该密闭室采用E-2175B耐高温全氟醚密封圈密封。

所述的顶杆单元以顶住待加工工件的端部使其完成扭转过程，该顶杆单元包括：依次设置于底座内的电机和与之相连的离合器、轴以及与待加工工件的端部相接触的压头，通过电机带动滚动轴承驱动，并有离合器开停，顶杆单元通过其底座支撑并能轴向滑动，压头为硬质合金并磨光。

所述的旋转装置具体包括：旋转轴和磨辊，其中：伺服马达驱动的旋转轴与待加工工件接触，磨辊设置于旋转轴的外侧。

所述的感应加热器将待加工工件在进行每一步加工之前加热。

所述的喷射器喷射空气或水使加工后工件的冷却。

本发明涉及一种基于上述装置的亚微米结晶组织的实现方法，用铸造法得到的毛坯置于壳体内部，经过顶杆单元对毛坯的周期性的多次扭转、镦粗和挤压制得亚微米结晶组织。

所述的铸造法是指：将海绵钛压成短圆柱状小电极块，将小电极块焊成电炉所能够容纳大电极块，经真空自耗电炉熔炼两次后得到铸锭。