一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到合金材料的研制技术领域，尤其涉及到一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具。
【背景技术】
[0002]β型钛合金，具有冷成型性好、时效强度和断裂韧性高、淬透深度大、耐蚀性好等优点，广泛应用于星弹连接带、航空用铆钉及紧固件、超速离心机转头、弹性元件等。获得具有亚微米晶粒结构的超细晶β钦合金可以有效提尚材料的强度，同时还可以提尚材料的塑性和韧性，扩大其应用范围。
[0003]近年来，采用塑性变形的方法制取超细晶材料的新工艺一等通道弯角挤压成型技术受到了特别的关注，等通道弯角挤压是将多晶试样压入一个特别设计的模具中以实现大变形量的剪切变形工艺，与蒸发凝聚-原位冷压成形法、高能球磨法、非晶晶化法等制备超细晶材料的方法相比，等通道弯角挤压避免了研磨中可能带入的杂质以及超细微粉冷压合成法制备的超细晶材料中存在的大量的微空隙，得到的材料具有无孔洞、致密性好、材料纯净等优点，是制备三维大尺寸的致密超细晶块体材料的有效工艺，具有很大的工业应用潜力；与传统的金属材料塑性加工工艺相比，由于变形过程中不改变材料的横截面面积和截面形状，故只需较低的工作压力，实现材料的反复定向、均匀剪切变形，在特别大的变形量下使材料获得均匀、显著细化的晶粒组织。
[0004]最初Segal提出的等通道弯角挤压模具模型为图1所示，模具只考虑一个内角Φ ;Iwahashi等人对Segal的模型进行了改进并提出了图2的模具模型，相比之前Segal的模型多了个外角Φ。对于这两种模具结构来说，内角均存在锋锐的尖角过渡，外角部位与模具内壁不相切，因而，在实际等通道弯角挤压过程中，尖角处易会快速磨损、损伤工件表面，此夕卜，由于Ψ内角与模具内壁不相切，会导致材料变形时流动不均匀。
[0005]因此设计一种可以延长模具使用寿命，增加材料流动性，减少材料应变分布的不均匀性且用于制备超细晶β钛合金的新型等通道弯角挤压模具，是先进钛合金构件制造企业的必然需求。
[0006]通过专利检索，存在以下已知的现有技术方案:
[0007]专利1:
[0008]申请号:200710092779.4，申请日:2007.9.28，授权公告日:2008.04.09，本实用新型公开了一种镁合金挤压变形加工方法及模具，采用单向挤压径向流动变径角成型的挤压模，挤压比为4~60，把模具加热后在模具挤压通道腔内均匀涂抹润滑剂，然后将经过均匀化处理的镁合金坯料加热后放入在已加热的模具的挤压腔中，通过挤压模具向下运动的凸模，同时以0.5m/min~3m/min的挤压速度、3MPa~35MPa的挤压力，从镁合金还料的上端进行等速挤压，使镁合金坯料由上部向模具挤压腔径向的变径型腔通道流动挤压变形。本实用新型采用单向挤压径向变径角流动挤压变形，既能够极大地提高镁合金晶粒的细化效果，使镁合金材料的综合力学性能得到提高，又能够实现在低温挤压状态下不降低挤压速度，不降低成型样品的质量，从而提高镁合金挤压变形加工的生产效率。
[0009]专利2:
[0010]申请号:201310379830.5，申请日:2013.08.27，授权公告日:2013.12.18，本实用新型公开了一种粉末高温合金制坯的等通道挤压模具，是一种用于改善粉末高温合金坯料组织特征的等通道挤压模具，锻坯进入模具后，其截面分别经过圆截面到椭圆截面扭转到圆截面，这种变形为扭转剪切变形和挤压变形的结合，实现了一道次挤压过程中多种变形模式的组合。在变形扭转过渡段，由于椭圆扭转面的扭转变形，坯料在剪切应力的作用下，发生转动和剪切应变，实现晶粒的剪切破碎，达到细化晶粒的效果。同时，由于坯料受到型腔的限制，处于压应力状态下的坯料晶间变形困难，可抑制变形体原存在的各种微观缺陷的发展。由于挤压过程晶粒细化效果明显，原始颗粒边界消除彻底，粉末高温合金坯料的综合力学性能得到明显提高。
[0011]专利3:
[0012]申请号:03132471.1，申请日:2003.06.30，授权公告日:2005.01.19，本实用新型提出一种镁合金不等径弯道挤压-剪切诱导等温处理球化半固态坯的制备方法。将镁合金铸坯经过不等径弯道挤压，产生大的剪切变形诱导，然后加热到半固态温区进行等温处理。通过控制好等温处理的时间和温度，可获得细小、球晶结构的半固态坯。本实用新型为半固态成形工艺在镁合金加工领域的推广应用，将产生积极的效果。
[0013]通过以上的检索发现，以上技术方案不能影响本实用新型的新颖性；并且以上专利文件的相互组合不能破坏本实用新型的创造性。
【实用新型内容】
[0014]针对以上问题，本实用新型提供了一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，该模具可用于制备超细晶β钛合金，且使用寿命长，能增加材料的流动性，提高材料应变分布的均匀性。
[0015]为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案是:它包括一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，它包括中部开有垂直模腔(11)右半部分，下部开有水平模腔
(3)上半部分的上模(5)及上部开有水平模腔(3)下半部分并与上模(5)配合的下模，以及垂直模腔(11)内设置的可自动退出的挤压杆(9)，以及挤压杆(9)上端设置的挤压杆固定板(6)及与之配合的垫块(7)及将之固定的小螺栓(8)，以及挤压杆(9)末端设置的石墨垫块(12)，所述下模包括下模夹件(16)及其中间设置的下模活动件(2);所述水平模腔(3)下半部分设置在下模活动件(2)上；所述上模(5)与下模活动件(2)之间设置有镶块(14);所述下模下端设置有模具定位座(I);所述下模活动件(2)上端设置有背压块(21)将水平模腔(3)末端封闭；所述垂直模腔(11)与水平模腔(3)的通道截面大小及形状相同；所述垂直模腔(11)与水平模腔(3 )相交处设置有内圆角(51)及外圆角(141);所述外圆角(141)设置在镶块(14)末端。
[0016]进一步的，所述内圆角(51)大小为3_6mm ;所述外圆角(141)大小为2_5mm。
[0017]进一步的，所述内圆角(51)大小为5mm ;所述外圆角(141)大小为4mm。
[0018]进一步的，所述背压块(21)处于水平模腔(3)内的一面设置有石墨副垫(4)。
[0019]进一步的，所述石墨副垫(4)厚度为2mm。
[0020]进一步的，所述镶块(14)与上模(5)通过螺栓(14)与螺帽(10)连接固定；所述上模(5)与下模夹件(16)之间通过螺栓(14)与螺帽(10)连接固定，且其之间还设置有定位销(15)。
[0021]进一步的，所述模具定位座(I)中间设置有滑槽(101);所述下模活动件(2)设置在滑槽(101)内。
[0022]本实用新型的有益效果:
[0023]1、上下模之间设置有带外圆角的镶块，镶块处的外圆角弧面承受β钛合金挤压成型过程中最大挤压力，镶块可方便的替换，该设置降低了模具维护频率，提高了模具的使用寿命，提高了生产效率。
[0024]2、下模设置有背压结构，且水平模腔下半部分设置在下模活动件中，下模活动件能在模具定位座的滑槽中滑动，可降低钛合金材料在通道中挤压移动时对通道壁产生的摩擦力，降低钛合金材料的塑性变形，提高钛合金材料超细晶获得率，提高钛合金材料超细晶组织均匀度，同时提高了模具使用寿命。
[0025]3、垂直模腔与水平模腔交接处设置有内圆角与外圆角，且内圆角半径为3-6mm,外圆角半径为2-5mm，该设置能使得钛合金材料在该模具内进行多次反复挤压而不破裂，当内圆角半径为5_，外圆角半径为4_，使得钛合金的超细晶获得率达到最大化，微观组织均匀度达到最好，且提高模具使用寿命。
[0026]4、本模具使用寿命长，维修方便，维护费用低，实用性强。
【附图说明】
[0027]图中所示数字标注表示为:1、模具定位座，2、下模活动件，3、水平模腔，4、石墨副垫，5、上模，6、挤压杆固定板，7、垫块，8、小螺栓，9、挤压杆，10、螺帽，11、垂直模腔，12、石墨垫块，13、螺栓，14、镶块，15、定位销，16、下模夹件，21、背压块，51、内圆角，101、滑槽，141、
外圆角。
[0028]图1为Segal的等通道弯角挤压模型。
[0029]图2为Iwahashi的等通道弯角挤压模型。
[0030]图3为本实用新型的整体结构示意图。
[0031]图4为图3中B-B剖视图。
[0032]图5为图3的左视图。
[0033]图6为图3中局部A的放大图。
[0034]图7为图3中D-D剖视图。
[0035]图8为β钛合金经内圆角为5mm,外圆角为4mm的模具进行等通道弯角挤压前的显微组织。
[0036]图9为β钛合金经内圆角为5mm,外圆角为4mm的模具进行等通道弯角挤压后纵剖截面的显微组织。
【具体实施方式】
[0037]为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。
[0038]如图1-7所示，本实用新型的结构连接关系为:它包括中部开有垂直模腔11右半部分，下部开有水平模腔3上半部分的上模5及上部开有水平模腔3下半部分并与上模5配合的下模，以及垂直模腔11内设置的可自动退出的挤压杆9，以及挤压杆9上端设置的挤压杆固定板6及与之配合的垫块7及将之固定的小螺栓8，以及挤压杆9末端设置的石墨垫块12，所述下模包括下模夹件16及其中间设置的下模活动件2 ;所述水平模腔3下半部分设置在下模活动件2上；所述上模5与下模活动件2之间设置有镶块14 ;所述下模下端设置有模具定位座I ;所述下模活动件2上端设置有背压块21将水平模腔3末端封闭；所述垂直模腔11与水平模腔3的通道截面大小及形状相同；所述垂直模腔11与水平模腔3相交处设置有内圆角51及外圆角141 ;所述外圆角141设置在镶块14末端。
[0039]优选的，所述内圆角51大小为3-6mm ;所述外圆角141大小为2_5mm。
[0040]优选的，所述内圆角51大小为5mm ;所述外圆角141大小为4mm。
[0041]优选的，所述背压块2