1处于水平模腔3内的一面设置有石墨副垫4。
[0042]优选的，所述石墨副垫4厚度为2mm。
[0043]优选的，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。
[0044]优选的，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。
[0045]本实用新型具体使用时，通过挤压杆9将β钛合金试样挤压进入垂直模腔11中，继续挤压，β钛合金试样在垂直模腔11与水平模腔3处的90°转角处移动时，产生剪切变形，使得β钛合金材料内部形成细化结晶结构；当β钛合金材料进入水平模腔3后，水平模腔3处设置有背压块21，背压块21对β钛合金材料施加有反向作用力，提高挤压效果，提高其细化结晶效果；由于水平模腔3下半部份设置在下模活动件2上，当挤压杆产生的挤压力达到临界值后，β钛合金材料对背压块21产生的推力超过下模活动件2与滑槽101的摩擦力时，下模活动件2随β钛合金材料一起向前移动，当下模活动件2滑动到滑槽101的终点时，挤压结束；此时可将β钛合金材料取出，旋转90°或者180°后再次放入本模具中进行反复挤压，由此形成超细晶β钛合金材料。
[0046]本实用新型的模具中设置有镶块，镶块末端的外圆角为等通道弯角挤压的过渡部分，挤压时受力大，容易磨损，当磨损过度时，可只更换镶块而不用将上模与下模全部更换，由此降低了模具的维护费用，增加了产品经济效益。
[0047]本实用新型中的下模设计为底座滑动式背压结构，等通道转角挤压过程中，若试样与通道无摩擦，试样在通道交接的平面处发生单纯的剪切变形，材料各处形变均匀；有摩擦时，材料将在通道交接的平面附近产生一扇形区域，在顶角处不发生变形，只在扇形区域发生塑性变形，导致材料在模具里变形不均匀，得到不均匀的微观组织。实际等通道转角挤压过程中，模具与试样间总是存有很大的摩擦力，直接影响挤压效果。本模具中滑动底座结构的下模设计为下模活动件2与下模夹件16，由于下模活动件2可随试样一起移动，故挤压时可使试样所受的摩擦力尽可能地减小；也相当于给试样一个反向推力，可很好地改善材料在等通道转角挤压中的加工性能，使材料在变形过程中形变更均匀。
[0048]本实用新型中模具设计了内外圆角，外圆角R=2-5mm，内圆角r=3_6mm，通过实验证明，该设置能使得挤压组织均匀性达到最佳。
[0049]实验用数据:通道截面:9mm X 9mm，模具拐角:Φ =90°，入口通道长:L人=120mm，出口通道长:L出=120臟。
[0050]设定内圆角rint取值分别为1，3，5，7，9_，外圆角Rext取值分别为2，3，4，5mm，利用有限元软件计算不同rint和Rext取值组合时钛合金坯料经等通道弯角挤压后等效应变场分布情况，分析结果得出，当rint值固定，随着Rext值的增大，钛合金等通道弯角挤压后的最大等效应变值降低；当Rext值固定，随着rint值的增大，还料下部等效应变程度也在逐渐增加并向上部扩展；靠近内角处即坯料上部的应变值高于靠近外角处即坯料下部的应变值。比较不同rint和Rext组合模拟结果，rint = 5mm，Rext = 4mm时，挤压后还料整体应变最为均匀，最大应变值达到了 1.0。
[0051]为了进一步确认合适的rint和Rext取值，比较了 rint为5mm，Rext分别为3，4，5mm时的整体等效应变场分布状况，随着Rext的增加，最大等效应变数值从1.33降至1.0，还料整体应变分布仍在rint = 5mm,Rext = 4mm时最为均勾，在R = 3mm时，从还料底部至上部等效应变数值逐渐降低；在R = 5mm时，从坯料底部至上部等效应变数值反而逐渐增大；当R = 4mm时截面可以获得均勾的应变数值分布。
[0052]因此，综合以上分析结果，模具内角为5mm、外角为4mm的模具设计适合用于β钛合金等通道弯角挤压，可以获得整体应变均匀性较好的变形件。
[0053]为了确认分析结果，通过实际实验验证之，我们利用现有的β -Ti合金进行验证，选用的β -Ti合金成分为T1-5Mo-5V-8Cr-3Al，对其进行实验分析，获得模具内角为5mm、夕卜角为4_时的等效应变场分布，然后采用内角为5_、外角为4_的模具进行600°C，1.0mm/S条件下的等通道弯角挤压实验，将挤压后试样沿长度方向剖开，经金相制样后观察其显微组织，并进行纵截面硬度分布测试，以衡量其变形均匀程度，并与有限元模拟结果进行对比所示。
[0054]观察β钛合金经等通道弯角挤压后的坯料外观后，发现在实际实验坯料前端产生了部分材料折叠现象，导致坯料前端较为尖锐，纵截面宏观流线分布集中且细密，对比等通道弯角挤压前后的光学显微组织，原始坯料为β钛锻棒，具有明显的加工态组织，基体为单一的β基体，沿坯料长度方向被拉长、变形，在β晶粒内部有颗粒状的α相析出；经等通道弯角挤压后β钛合金组织明显细化，平均晶粒尺寸约30um，如图8-9所示；经多次等通道弯角挤压后β钛合金组织获得了超细晶粒，平均晶粒尺寸在微米级以下，达到了纳米超细晶粒尺寸，根据显微硬度测试结果，等通道弯角挤压后试样长度方向近两端端部的硬度值较低，这是由于试样两端部等效应变值较小，而试样中间部分显微硬度均匀性较好，但硬度测试值存在些许波动，波动范围值约30，认为其属于正常测量误差范围。计算所有测量点的显微硬度平均值，靠近试样上部的显微硬度平均值为390.5，试样中部的显微硬度平均值为396.6，接近试样底部的显微硬度平均值为399.1，与有限元模拟结果中的趋势相同，且均高于原始坯料的平均显微硬度302.4。
[0055]综合对比数值模拟结果和实际实验结果，可认为β钛合金采用内角为5_、外角为4_的模具，经600°C，1.0mm/s条件下的等通道弯角挤压实验后整体变形组织均匀性较好，即通过β钛合金的等通道弯角挤压实验验证了等通道弯角挤压工艺有限元模拟预测的正确性。
[0056]通过有限元分析与实际实验分析后，我们在本实用新型的模具中水平模腔尾端添加了背压结构，该结构可有效的改善钛合金材料两端的等效应变值，提高其均匀度。
[0057]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0058]本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种制备超细晶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)，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，其特征在于，所述内圆角(51)大小为3_6mm ;所述外圆角(141)大小为2_5mm03.根据权利要求2所述的一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，其特征在于，所述内圆角(51)大小为5mm ;所述外圆角(141)大小为4mm。4.根据权利要求1所述的一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，其特征在于，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)。5.根据权利要求4所述的一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，其特征在于，所述石墨副垫(4)厚度为2mm。6.根据权利要求1所述的一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，其特征在于，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)。7.根据权利要求1所述的一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，其特征在于，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。
【专利摘要】本实用新型公布了一种制备超细晶β钛合金的挤压变形加工模具，它包括上模及下模，上模内设置有垂直模腔，下模内设置水平模腔，垂直模腔内设置挤压杆，以及挤压杆末端设置的石墨垫块，外圆角下模包括下模夹件及其中间设置的下模活动件；外圆角水平模腔下半部分设置在下模活动件上；外圆角上模与下模活动件之间设置有镶块；外圆角下模下端设置有模具定位座；外圆角下模活动件上端设置有背压块将水平模腔末端封闭；外圆角垂直模腔与水平模腔的通道截面大小及形状相同；外圆角垂直模腔与水平模腔相交处设置有内圆角及外圆角；外圆角设置在镶块末端。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。
【IPC分类】B21C25/02
【公开号】CN204710875
【申请号】CN201520264355
【发明人】司家勇, 廖晓航, 谢利强, 刘娜, 钟利萍, 李立君
【申请人】中南林业科技大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年4月28日