钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法技术

本发明专利技术提出一种钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法，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切屑的BM处理：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行球磨加工；(3)BM‑Ti切屑的包套封装：将BM‑Ti切屑装填至铜筒空腔中，再用手动压力机将切屑初步压实；(4)包套封装BM‑Ti切屑的室温冷挤压：(5)双缩径循环挤压高温固化加工；(6)Ti材试样的顶出脱模：去掉上冲头，将纯铝伪试样放入模具下型腔，下冲头提供挤压力将由步骤(5)获得的再制造Ti材推出脱模；(7)淬火：将顶出步骤(6)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】
钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法
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。尤其涉及到一种钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法。
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，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。Peng等在《MaterialsScienceandEngineeringA》2009年516卷23-30页上发表“MicrostructureandmechanicalpropertiesofMg-10Gd-2Y-0.5Zralloyrecycledbycyclicextrusioncompression”(往复挤压循环Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金的微观组织与机械性质)一文，提出从Mg-10Gd-2Y-0.5Zr合金切屑出发，采用往复挤压制备块体合金超细材料，这种往复挤压的应变累积率和加工效率显著高于传统的缩径挤压技术。球磨(Ballmilling，简称BM)是一种广泛用于制备超细粉体材料的剧烈塑性变形技术。对现有技术文献的检索发现，MahboubiSoufiani等在《MaterialsandDesign》2012年37卷152-160页上发表“FormationmechanismandcharacterizationofnanostructuredTi6Al4Valloypreparedbymechanicalalloying(机械合金化制备Ti6Al4V合金纳米结构的形成机制及表征)”一文，报道以钛、铝、钒微米粉为原料，通过BM技术制备纳米尺度(小于100nm)的Ti-6Al-4V合金。此外，Zadra在《MaterialsScienceandEngineeringA》2013年583卷105-113页上发表“Mechanicalalloyingoftitanium(钛的机械合金化)”一文，初始原料小于150μm的Ti粉末，首先通过BM处理，获得小于25μm的纯钛超细粉末，并由放电等离子烧结获得块体钛材。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。同时，粉体在BM处理后，须开展热压烧结或粉末挤/锻压等后续处理工序以获得块体材料，而在这些工序中，因加热(烧结)时间长，以及动态再结晶等因素，将发生晶粒粗化，削弱材料强度。而且，传统热挤压技术在加工效率上尚需提高。以上技术问题尚未很好地解决。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资源的环境友好型双缩径循环挤压再制造技术，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。从而提出的一种钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法，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切屑的BM处理：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行球磨加工；(3)BM-Ti切屑的包套封装：将BM-Ti切屑装填至铜筒空腔中，再用手动压力机将切屑初步压实；(4)包套封装BM-Ti切屑的室温冷挤压：将步骤(3)包套封装BM-Ti切屑置入冷压模具通道，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；(5)双缩径循环挤压高温固化加工：用铠装电热毯包裹模具，加热至Ti的再结晶温度(～600℃)以下的某一水平(例如，570-600℃)，并由温度控制器稳定温度在±1℃的范围；针对步骤(4)得到的Ti切屑压坯，开展双缩径循环挤压高温固化加工，加工速率～10mm/min；在可编程逻辑控制器及液压换向阀的作用下，模具上下两个冲头可交替提供固化压力(0.9～1.0GPa)和背压力(～200MPa)；于是，挤压加工可连续累积多个道次。在正向挤压力和背压力的共同作用下，Ti切屑材料经历双缩径挤压；具体而言，将Ti切屑冷挤压坯置入模具的上部通道，上冲头提供挤压力；下冲头提供背压力，在压差的作用下，冷压坯被第一轮缩径挤压，切屑得以进一步固化；紧接着，由下冲头提供挤压力，上冲头提供背压力，冷压坯被第二轮缩径挤压，本专利技术共开展两轮缩径挤压，获得全致密化的块体再制造Ti材；(6)Ti材试样本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法，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切屑的BM处理：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行球磨加工；(3)BM‑Ti切屑的包套封装：将BM‑Ti切屑装填至铜筒空腔中，再用手动压力机将切屑初步压实；(4)包套封装BM‑Ti切屑的室温冷挤压：将步骤(3)包套封装BM‑Ti切屑置入冷压模具通道，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；(5)双缩径循环挤压高温固化加工：用铠装电热毯包裹模具，加热至Ti的再结晶温度(～600℃)以下的某一水平(例如，570‑600℃)，并由温度控制器稳定温度在±1℃的范围；针对步骤(4)得到的Ti切屑压坯，开展双缩径循环挤压高温固化加工，加工速率～10mm/min；在可编程逻辑控制器及液压换向阀的作用下，模具上下两个冲头可交替提供固化压力(0.9～1.0GPa)和背压力(～200MPa)；于是，挤压加工可连续累积多个道次。在正向挤压力和背压力的共同作用下，Ti切屑材料经历双缩径挤压；具体而言，将Ti切屑冷挤压坯置入模具的上部通道，上冲头提供挤压力；下冲头提供背压力，在压差的作用下，冷压坯被第一轮缩径挤压，切屑得以进一步固化；紧接着，由下冲头提供挤压力，上冲头提供背压力，冷压坯被第二轮缩径挤压，本专利技术共开展两轮缩径挤压，获得全致密化的块体再制造Ti材；(6)Ti材试样的顶出脱模：去掉上冲头，将纯铝伪试样放入模具下型腔，下冲头提供挤压力将由步骤(5)获得的再制造Ti材推出脱模；(7)淬火：将顶出步骤(6)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.钛废弃切屑再制造的双缩径循环挤压固化方法，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切屑的BM处理：将步骤(1)预处理后的钛切屑进行球磨加工；(3)BM-Ti切屑的包套封装：将BM-Ti切屑装填至铜筒空腔中，再用手动压力机将切屑初步压实；(4)包套封装BM-Ti切屑的室温冷挤压：将步骤(3)包套封装BM-Ti切屑置入冷压模具通道，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；(5)双缩径循环挤压高温固化加工：用铠装电热毯包裹模具，加热至Ti的再结晶温度(～600℃)以下的某一水平(例如，570-600℃)，并由温度控制器稳定温度在±1℃的范围；针对步骤(4)得到的Ti切屑压坯，开展双缩径循环挤压高温固化加工，加工速率～10mm/min；在可编程逻辑控制器及液压换向阀的作用下，模具上下两个冲头可交替提供固化压力(0.9～1.0GPa)和背压力(～200MPa)；于是，挤压加工可连续累积多个道次。在正向挤压力和背压力的共同作用下，Ti切屑材料经历双缩径挤压；具体而言，将Ti切屑冷挤压坯置入模具的上部通道，上冲头提供挤压力；下冲头提供背压力，在压差的作用下，冷压坯被第一轮缩径挤压，切屑得以进一步固化；紧接着，由下冲头提供挤压力，上冲头提供背压力，冷压坯被第二轮缩径挤压，本发明共开展两轮缩径挤压，获得全致密化的块体再制造Ti材；(6)Ti材试样的顶出脱模：去掉上冲头，将纯铝伪试样放入模具下型腔，下冲头提供挤压力将由步骤(5)获得的再制造Ti材推出脱模；(7)淬火：将顶出步骤(6)中获得的块体Ti材通过水冷...

【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