用位移变形法获得钛合金亚微米结晶组织的装置制造方法及图纸

一种用位移变形法获得钛合金亚微米结晶组织的装置，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。本实用新型专利技术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。

A Device for Obtaining Submicron Crystalline Structure of Titanium Alloys by Displacement Deformation Method

A device for obtaining sub-micron crystalline structure of titanium alloy by displacement deformation method includes a sealed cylindrical shell and an internal ejector, a rotating device, an induction heater, two sets of ejectors and a pressure reducer. The method is to obtain sub-micron crystalline structure by cyclic multiple torsion, upsetting and extrusion of the blank obtained by casting method. The utility model can be used for quasi-positioning displacement deformation process of large outline size and large weight blanks to be processed; combining the spiral torsion deformation method with the monotonous severe deformation method, the high-efficiency combined torsion upsetting and extrusion deformation method can save cost; and designing the torsion displacement deformation route can be used for any metal.

【技术实现步骤摘要】
用位移变形法获得钛合金亚微米结晶组织的装置
本技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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，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。本技术是通过以下技术方案实现的：本技术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。技术效果与现有技术相比，本技术可对大外廓尺寸和大重量的待加工工件拟定位移变形工艺；将螺旋扭转变形方法和单调剧烈变形方法相结合实现镦粗挤压，大幅度提高钛材热变形效率，提高产品质量，球状组织增加到1.5倍。本装置扭转后+镦挤+挤压工步即可达到要求晶粒尺寸。附图说明图1为本技术的结构示意图；图中：A-A为固定支撑的截面示意图；B-B为旋转装置的截面示意图；图中：1毛坯、2感应加热器、3顶杆、4滚道、5固定支撑、6旋转装置、7、8密闭室、9减压器、10密闭室、11喷射器；图2为试样的宏观组织的示意图；图中：A为铸坯晶粒度35000～85000μkm；B为锻比Mk＝2.8，5000～15000μkm示意图；C为锻比Ck为9，2000～15000μkm示意图；图3锻比为1.8镦粗后及其不同扭转后试样形貌对比图；图中：A为铸造试样经锻比K＝1.8和B再经1次扭转的示意图；C为2次扭转和D为3次反扭转的示意图；图4为铸造试样与锻造Mk试样的对比图；图中：A和B为一次扭转的示意图；C为镦粗后两次反扭转的示意图；D为镦粗后挤压锻比k＝1.8的示意图；图5为锻造Mk试样的对比图；图中：A为两次扭转的结果图；B为两次扭转后又两次反扭转的结果图；图6为毛坯显微组织；图中：A、B、C依次为晶粒直径从原来的800μkm细化到11.5μkm的结果图。图7为顶杆装配图；图中：a为侧剖示意图；b为A向剖视图；301压头、302螺钉、303轴、304调节螺帽、305底座、306离合器、307电机、308轴承。具体实施方式如图1所示，本实施例包括：密闭的柱形壳体及设置于其内部的顶杆单元3、旋转装置6、感应加热器2、两组喷射器11和减压器9、密闭室10，其中：待加工工件1通过固定支撑5设置于壳体中央，顶杆单元3位于待加工工件1的两端，旋转装置6设置于固定支撑5的一侧且与待加工工件1紧密接触，感应加热器2位于固定支撑5的另一侧且两组分别径向设置于待加工工件1的外侧，两组喷射器11设置于壳体的上部且分别位于感应加热器2的旁侧和旋转装置6的旁侧，减压器9设置于壳体的一端。所述的壳体的内部通有保护性气体，底部设有多个滚道4以便待加工工件1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5与旋转装置6之间形成密闭室。工件在两端顶杆3的协同推动下缓慢位移，进入密闭室后被连续扭转变形。如图1和图7所示，所述的顶杆单元3以顶住待加工工件1的端部使其完成扭转过程位移，该顶杆单元3包括：依次设置于底座305内的电机307和与之相连的离合器306、轴303以及与待加工工件的端部相接触的压头301，其中：轴303通过轴承308设置于底座305内，底座305与轴303之间设有调节螺帽304，轴303与压头301之间通过螺钉302固定连接。所述的旋转装置6包括：旋转轴7和磨辊8，其中：伺服马达驱动的旋转轴7与待加工工件1接触，磨辊8设置于旋转轴7的外侧。所述的感应加热器2将待加工工件1在进行每一步变形之前加热。所述的喷射器11喷射空气或水使待加工毛坯1在进行加工之后冷却。以下为确认工序的对比试验：1)从真空重熔钛合金TC4铸锭选取钛合金试样30个，每个试样截面为20×20mm，长150mm，其中：10个试样保留铸造组织，用代号Z表示；10个试样锻比K＝2.8，标记Mk；10个试样锻比K＝9，标记Ck。2)将试样放置于通入氩气的石英管内保证45秒内加热到1050℃3)将步骤2)的一个试样顺序连续推入密闭室进行扭转，进行1周、2周扭转和1周反扭转，将扭后半成品随后喷水冷却；4)将步骤3)的试样重复加热至1050℃，再置于2.5MN压力机模具中镦粗，镦粗到直径D1＝30mm，后冷却，通过计算得到锻比k＝1.8。5)将4)试样外圆单边车去1mm，表面缺陷全部消除。6)将步骤5)的试样加热至1050℃，置于2.5MN压力机模具中再通过方截面20×20mm拉模挤压，挤压后喷水冷却，得到亚微米结晶组织。图2给出铸件和锻件宏观照片，仔细观察能够看到铸造结晶在各种剧烈锻造作用下变化。锻造试样的图像表明纵向和横向不同。直径铸锭横向平均晶粒值为35000μkm，纵向为85000μkm。经过锻比(拔长系数)K＝2.8变形后，横向最大晶粒值为5000μkm。根据这些值能够计算晶粒伸长，其理论长度可达到4000000μkm，超过毛坯晶粒长度几倍。因而能够接受锻后位于毛坯长度范围内晶粒尺寸值，即15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用位移变形法获得钛合金亚微米结晶组织的装置，其特征在于，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、感应加热器、两组喷射器和减压器，其中：待加工毛坯通过固定支撑设置于壳体中央，顶杆单元位于待加工毛坯的两端，旋转装置设置于固定支撑的一侧且与待加工毛坯紧密接触，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毛坯的外侧，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。

【技术特征摘要】
1.一种用位移变形法获得钛合金亚微米结晶组织的装置，其特征在于，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、感应加热器、两组喷射器和减压器，其中：待加工毛坯通过固定支撑设置于壳体中央，顶杆单元位于待加工毛坯的两端，旋转装置设置于固定支撑的一侧且与待加工毛坯紧密接触，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毛坯的外侧，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。2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，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毛坯位移。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈修琳，袁秦峰，杨定洪，
申请(专利权)人：浙江申吉钛业股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33