钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法技术

本发明专利技术提出一种钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法，包括以下步骤：(1)钛切屑回收预处理；(2)Ti切屑烘干去气；(3)钛切屑的冷压预处理；(4)T型通道挤压高温固化加工：加热模具至570‑600℃，冲头施加0.9～1.0GPa的挤压力，通过T型通道挤压工艺固化钛切屑，在挤压模具中，上模具通道与下模具型腔的体积相同，在每道次T型通道挤压后，试样材料的形状和尺寸保持不变，打开模具下部垫板后，试样即可脱模；(5)淬火。该方法操作简单实用，可控性强，加工效率高。通过T型通道挤压工艺在570‑600℃下固化Ti切屑。避免了高温熔铸，适用于开展以Ti为代表的高冶炼成本金属资源的回收与再制造。

【技术实现步骤摘要】
钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法
本专利技术涉及金属材料加工方法，尤其涉及一种钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法。
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，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。Valiev和Langdon在《MetallurgicalandMaterialsTransactionsA-PhysicalMetallurgyandMaterialsScience》2011年42卷2942-2951页上发表“Achievingexceptionalgrainrefinementthoughsevereplasticdeformation:newapproachesforimprovingtheprocessingtechnology”(通过剧烈塑性变形实现超细晶化：改进加工技术的新途径)一文，提出具有平行通道的ECAP技术，模具包含两个转角，每一转角均为120度。通过单道次挤压，就获得了～2的总等效应变。其应变累积率和加工效率比以往的ECAP工艺提高了约2倍。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，在90度转角条件下，ECAP单道次加工产生的等效应变约为1，其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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法，以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，钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法，包括以下步骤：(1)钛切屑回收预处理：以端铣2级钛所生成的切屑为原材料，搜集切屑后，采用电感耦合等离子体原子发射光谱分析其化学成分，采用99.9％的乙醇在超声波振动槽内清洗钛切屑，以去除原材料中的油污和杂质。(2)Ti切屑烘干去气：将由步骤(1)取得的钛切屑放入烘箱，在60℃温度下干燥40min。此步骤的目的是去除吸附在切屑表面的水蒸气，以及残余的挥发性气体等，减少后续固化处理中出现气孔缺陷的可能性。(3)钛切屑的冷压预处理：用钢箔包裹立方形钢坯，所述钢坯外形轮廓尺寸略小于冷压模具型腔三维尺寸，钢箔外再裹一层固体润滑剂层，将钢坯-钢箔-固体润滑剂层置入冷压模具型腔，取出钢坯，形成固体润滑剂层-钢箔空腔，将由步骤(2)取得的烘干钛切屑置入冷压模具，再将含钛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～600MPa时停止冷压。此步骤可进一步提高切屑的紧实度，防止钛切屑在高温固化中过度氧化。优选的，钢箔最好是经过退火处理的不锈钢箔，固体润滑剂可选用石墨纸、锡箔纸等，优选石墨纸。(4)T型通道挤压高温固化加工：加热模具至570-600℃，冲头施加0.9～1.0GPa的挤压力，通过T型通道挤压工艺固化钛切屑，在挤压模具中，上模具通道与下模具型腔的体积相同，在每道次T型通道挤压后，试样材料的形状和尺寸保持不变，打开模具下部垫板后，试样即可脱模。开展四道次T型通道挤压后获取组织均匀的细晶材料，实现切屑试样的全致密固化，彻底消除冶金缺陷。(5)淬火：将高温固化加工步骤(4)中获得的块体钛材通过水冷方式淬火冷却至室温。T型通道挤压的温度控制在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，T型通道挤压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～0.25wt％的块体Ti材，其屈服强度约为550-600MPa。在近似2级Ti(ASTMGrade2)含氧量的水平上，再制造Ti材获得高于2级Ti商业棒材的屈服强度(300-350MPa)。本专利技术的优点在于，该方法操作简单实用，可控性强，加工效率高。通过T型通道挤压工艺在570-600℃下固化Ti切屑。在挤压模具中，上模具通道与下模具型腔的体积相同。这样，在每道次挤压后，试样材料的形状和尺寸保持不变，且T型通道挤压的等效应变累积本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)钛切屑回收预处理：以端铣2级钛所生成的切屑为原材料，搜集切屑后，采用电感耦合等离子体原子发射光谱分析其化学成分，采用99.9％的乙醇在超声波振动槽内清洗钛切屑，以去除原材料中的油污和杂质；(2)Ti切屑烘干去气：将由步骤(1)取得的钛切屑放入烘箱，在60℃温度下干燥40min；(3)钛切屑的冷压预处理：用钢箔包裹立方形钢坯，钢坯外形轮廓尺寸小于冷压模具型腔三维尺寸，钢箔外再裹一层固体润滑剂层，将钢坯‑钢箔‑固体润滑剂层置入冷压模具型腔，取出钢坯，形成固体润滑剂层‑钢箔空腔，将由步骤(2)取得的烘干钛切屑置入冷压模具，再将含钛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～600MPa时停止冷压；(4)T型通道挤压高温固化加工：加热模具至570‑600℃，冲头施加0.9～1.0GPa的挤压力，通过T型通道挤压工艺固化钛切屑，在挤压模具中，上模具通道与下模具型腔的体积相同，在每道次T型通道挤压后，试样材料的形状和尺寸保持不变，打开模具下部垫板后，试样即可脱模；(5)淬火：将高温固化加工步骤(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.钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)钛切屑回收预处理：以端铣2级钛所生成的切屑为原材料，搜集切屑后，采用电感耦合等离子体原子发射光谱分析其化学成分，采用99.9％的乙醇在超声波振动槽内清洗钛切屑，以去除原材料中的油污和杂质；(2)Ti切屑烘干去气：将由步骤(1)取得的钛切屑放入烘箱，在60℃温度下干燥40min；(3)钛切屑的冷压预处理：用钢箔包裹立方形钢坯，钢坯外形轮廓尺寸小于冷压模具型腔三维尺寸，钢箔外再裹一层固体润滑剂层，将钢坯-钢箔-固体润滑剂层置入冷压模具型腔，取出钢坯，形成固体润滑剂层-钢箔空腔，将由步骤(2)取得的烘干钛切屑置入冷压模具，再将...

【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