[发明专利]钛废弃切屑再制造的T型通道挤压固化方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Equal channel angular pressing，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《Journal of Materials Science》2014年49卷1193-1204页上发表“Multicomponent materials from machining chips compacted by equal-channel angular pressing(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《Journal of Materials Science》2010年45卷4606-4612页上发表“Recycling of titanium machining chips by severe plastic deformation consolidation(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(ASTM Grade 2)切屑，并由ECAP技术来循环再制造块体材料。此外，Zhao等在《Scripta Materialia》2008年59卷542-545页上发表“Microstructure and properties of pure titanium processed by equal-channel angular pressing at room temperature”(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《Advanced Engineering Materials》2007年9卷527-533页上发表“The innovation potential of bulk nanostructured materials”(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《Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science》2011年42卷2942-2951页上发表“Achieving exceptional grain refinement though severe plastic deformation:new approaches for improving the processing technology”(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。

发明内容