废弃钛切屑再制造的反复折压-压直变形固化方法技术

本发明专利技术提出一种废弃钛切屑再制造的反复折压‑压直变形固化方法，包括如下步骤：(1)Ti切屑回收预处理：清洗钛切屑，去除油污和杂质；(2)Ti切屑烘干去气：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行烘干去气；(3)Ti切屑的冷压预处理：将步骤(2)取得的烘干Ti切屑置入冷压模具，通过液压机对Ti切屑进行初步压实；(4)反复折压‑压直变形高温固化加工：加热模具，液压机冲头施加挤压力，通过反复折压‑压直变形固化Ti切屑，在折压工序中采用锲形上压板和锲形下砧座将条状Ti切屑试样折弯，再通过上下压直板将折弯试样重新压直，由此反复进行；(5)淬火：将步骤(4)中获得的块体Ti材通过水冷方式淬火冷却至室温。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是属于金属材料加工领域，涉及废弃金属资源的固相循环与再利用，特别是针对高冶炼成本的钛资源，研发一种高效清洁的钛切屑再制造新技术。尤其涉及到一种废弃钛切屑再制造的反复折压-压直变形固化方法。
技术介绍
钛是高冶炼成本的金属资源，其生物相容性优异、耐蚀性好、力学性能适宜，是制造医疗器械、人工关节、大型能源化工容器等的重要材料。但是，为了制造高精度Ti结构，需设计较大的加工余量，大量的原材料将转化为废弃切屑。传统的高温熔铸处理能耗大、污染重，效率低，且铸造组织晶粒粗大，性能较差。固相循环与再制造因避免高温熔铸，是实现金属资源高效、清洁循环的一个有效途径。通过对现有技术的文献检索发现，将等通道转角挤压(Equalchannelangularpressing，简称ECAP)技术应用于处理金属切屑，能够细化晶粒，改善再制造材料的微观组织形态，提高机械性能。Lapovok等在《JournalofMaterialsScience》2014年49卷1193-1204页上发表“Multicomponentmaterialsfrommachiningchipscompactedbyequal-channelangularpressing(由等通道转角挤压切屑成形制备多组分材料)”一文，报道了通过铝切屑及镁切屑的相互混合，由ECAP循环再生多组分合金材料；Luo等在《JournalofMaterialsScience》2010年45卷4606-4612页上发表“Recyclingoftitaniummachiningchipsbysevereplasticdeformationconsolidation(钛切屑的剧烈塑性变形固态循环)”一文，提出通过回收废弃的2级钛(ASTMGrade2)切屑，并由ECAP技术来循环再制造块体材料。此外，Zhao等在《ScriptaMaterialia》2008年59卷542-545页上发表“Microstructureandpropertiesofpuretitaniumprocessedbyequal-channelangularpressingatroomtemperature”(室温等通道转角挤压制备纯钛的微观结构与性能)一文，在室温下用单道次ECAP变形处理钛材。为了减少变形抗力，ECAP模具夹角由90度增加到120度，且挤压速率也较低(0.5mm/s)，这降低了ECAP的应变累积率和加工效率。Valiev等在《AdvancedEngineeringMaterials》2007年9卷527-533页上发表“Theinnovationpotentialofbulknanostructuredmaterials”(块体纳米材料的革新潜力)一文，提出两步法加工块体超细晶材料，该技术包括120度转角的ECAP预挤压，以及最终挤压两个步骤，通过这种集成制造工艺，可由棒材制备成形具有轴对称棘轮外廓形状的微电子机械零件。Zhu等在《MetallurgicalandMaterialsTransactionsA-PhysicalMetallurgyandMaterialsScience》2001年32卷1559-1562页上发表“Anewroutetobulknanostructuredmetals”(块体纳米金属的新途径)一文，提出制备块体纳米金属的重复弯曲与校直(Repetitivecorrugationandstraightening，简称RCS)技术，不同于ECAP的剪切应变模式，RCS技术采用弯曲变形模式加工试样，经过14道次的RCS变形，制备出6650mm的块体纳米/亚微米金属材料。废弃金属切屑循环处理的传统技术是重熔与铸造。然而，高温熔铸能耗大、污染重，效率低，且铸造组织晶粒粗大，机械性能较差。为避免高温熔铸，可采用固相烧结方式。但是，钛(Ti)是易于氧化的活泼金属，其切屑表面氧化物以TiO2形式存在，其质地坚韧，虽然经过多道次ECAP处理后氧化物能够一定程度地破碎、弥散，但是，较大氧化物的连续分布将形成微观组织中的冶金缺陷，削弱材料的机械性能。ECAP加工还存在细化极限，即当动态再结晶与应变细化效应达到平衡时，则ECAP将难以使微观组织进一步细化。而且，ECAP的应变累积率和加工效率有待提高。以上技术问题目前尚未很好地解决。因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。
技术实现思路
废弃金属资源的循环与再制造是实现可持续发展的关键之一。传统的高温熔铸处理能耗大、污染重，效率低，且铸造组织晶粒粗大，性能较差。固相循环与再制造因避免高温熔铸，是实现金属资源高效、清洁循环的一个有效途径。本专利技术的目的，是基于固相再制造的理念，研发一种针对高冶炼成本的Ti资源的反复折压-压直变形固化再制造技术，以克服现有技术存在的上述缺点，提高应变累积与加工效率，制备出全致密化的大尺寸块体Ti材，实现废弃Ti切屑的高效、清洁回收再利用。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：废弃钛切屑再制造的反复折压-压直变形固化方法，包括如下步骤：(1)Ti切屑回收预处理：清洗钛切屑，去除油污和杂质；(2)Ti切屑烘干去气：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行烘干去气；(3)Ti切屑的冷压预处理：将步骤(2)取得的烘干Ti切屑置入冷压模具，通过液压机对Ti切屑进行初步压实；(4)反复折压-压直变形高温固化加工：加热模具，液压机冲头施加挤压力，通过反复折压-压直变形固化Ti切屑，在折压工序中采用锲形上压板和锲形下砧座将条状Ti切屑试样折弯，再通过上下压直板将折弯试样重新压直，由此反复进行；(5)淬火：将步骤(4)中获得的块体Ti材通过水冷方式淬火冷却至室温。进一步的，步骤(1)中以端铣2级Ti所生成的切屑为原材料，采用99.9％的乙醇在超声波振动槽内清洗Ti切屑，以去除原材料中的油污和杂质。进一步的，步骤(2)中，将步骤(1)预处理后取得的钛切屑放入烘箱，在60℃温度下干燥40min。进一步的，步骤(3)中，将步骤(2)取得的烘干Ti切屑置入固定润滑剂层-铜箔空腔的冷压模具，再将含Ti切屑的冷压模具安装在液压机上，将冲头放入模具进口通道，并持续提高冲头的压强，至～750MPa时停止冷压。进一步的，步骤(4)中，加热模具至570-600℃，冲头施加0.9～1.2GPa的挤压力，通过反复折压-压直变形固化Ti切屑，在折压工序中采用锲形上压板和锲形下砧座将条状Ti切屑试样折弯，再通过上下压直板将折弯试样重新压直，由此反复进行；在折压和压直工序之间，试样绕其轴线旋转180度，以促进变形和晶粒组织的均匀性；通过8道次变形，获取组织均匀的细晶材料，并彻底消除冶金缺陷。进一步的，反复折压-压直变形的温度控制在Ti的再结晶温度(～600℃)以下。在本专利技术中，反复折压-压直变形的温度控制在Ti的再结晶温度(～600℃)以下，故相较于高温熔铸(～1200℃)或放电等离子烧结(～900℃)等其它技术，反复折压-压直变形技术能够有效地抑制晶粒粗化，保证获得超细微观组织。利用该技术处理2级Ti(ASTMGrade2)切屑，获得含氧量～0.28wt％的块体Ti材，其屈服强度约为450-500MPa。在近似2级Ti(AST本文档来自技高网...

【技术保护点】
废弃钛切屑再制造的反复折压‑压直变形固化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)Ti切屑回收预处理：清洗钛切屑，去除油污和杂质；(2)Ti切屑烘干去气：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行烘干去气；(3)Ti切屑的冷压预处理：将步骤(2)取得的烘干Ti切屑置入冷压模具，通过液压机对Ti切屑进行初步压实；(4)反复折压‑压直变形高温固化加工：加热模具，液压机冲头施加挤压力，通过反复折压‑压直变形固化Ti切屑，在折压工序中采用锲形上压板和锲形下砧座将条状Ti切屑试样折弯，再通过上下压直板将折弯试样重新压直，由此反复进行；(5)淬火：将步骤(4)中获得的块体Ti材通过水冷方式淬火冷却至室温。

【技术特征摘要】
1.废弃钛切屑再制造的反复折压-压直变形固化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)Ti切屑回收预处理：清洗钛切屑，去除油污和杂质；(2)Ti切屑烘干去气：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行烘干去气；(3)Ti切屑的冷压预处理：将步骤(2)取得的烘干Ti切屑置入冷压模具，通过液压机对Ti切屑进行初步压实；(4)反复折压-压直变形高温固化加工：加热模具，液压机冲头施加挤压力，通过反复折压-压直变形固化Ti切屑，在折压工序中采用锲形上压板和锲形下砧座将条状Ti切屑试样折弯，再通过上下压直板将折弯试样重新压直，由此反复进行；(5)淬火：将步骤(4)中获得的块体Ti材通过水冷方式淬火冷却至室温。2.根据权利要求1所述的废弃钛切屑再制造的反复折压-压直变形固化方法，其特征在于：步骤(1)中以端铣2级Ti所生成的切屑为原材料，采用99.9％的乙醇在超声波振动槽内清洗Ti切屑，以去除原材料中的油污和杂质。3.根据权利要求1所述的废弃钛切屑再制造的反复折压-压直变形固化方法，其特征在于：步骤(2)中，将步骤(1)预处理后取得的钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗蓬，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31