CN106353321A - 圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，属于金相组织检测技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种测定圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法。该方法利用α污染层与基体断口形貌不同的特点，采用断口法直接测定α污染层面积含量，无需进行金相样品的磨制及染色，然后圆面积计算公式与α污染层层面积含量关系间接计算出平均厚度。本发明能方便全面的表征污染层平均厚度，与其他技术相比，其更加直观、快捷、方便、高效、准确，可以实现精确地表征污染层平均厚度的目的。

Description

圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法
技术领域
本发明涉及圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，属于金相组织检测技术领域。
背景技术
由于钛合金具有高比强度、较宽的工作温度范围和优异的腐蚀抗力，在航空及宇航工业得以广泛应用。大型、薄壁、复杂、整体、精密铸件制造已经成为国外航空、航天飞行器用的钛合金精铸结构件制造技术的发展趋势，这类铸件整体结构性好，可靠性高，重量轻，在航空航天领域内有广阔的应用前景。随着适航认证体系的逐步建立和完善，对飞机零部件尤其是关键部位性能提出了更高的要求，因此铸件质量也相应提出了更高的要求。
钛及钛合金的熔点高、热容量较大、导热率小及化学性质活泼的特点，使其在高温熔融状态下具有极高得化学活性，非常容易与所接触得铸型材料发生界面化学反应，导致钛和钛合金铸件产生各种铸造缺陷，如铸件表面污染层、气孔、针孔、疏松等，这些缺陷直接影响了铸件的质量和性能，表面α污染层作为一种表层缺陷对钛合金铸件性能影响较大。
目前，钛及钛合金α污染层组织厚度的测量主要是采用国标GB/T 26603-2009《钛及钛合金表面污染层检测方法》。该方法对钛及钛合金样品进行磨制后染色，然后在显微镜下观察整个α层，确定最严重视场测定结果为该样品α污染层厚度，该方法样品制备必须保证为线切割，且需进行磨制和染色，方法复杂，且在磨制过程中存在金相组织被破坏的风险，从而影响结果的准确性。此外，该方法测定的是α层最深处厚度，由于α层各区域厚度差异明显，最深处厚度不能完整表征整个样品表面α层信息，同时最深处厚度不能有效评价α污染层对产品性能的影响。
因此，亟需一种新的测定钛合金样品α污染层平均厚度表征方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种测定圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法。
本发明圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其步骤如下：
a、获得包含α污染层的圆柱型钛合金人工断口；
b、在体式显微镜下观察断口,调节亮度和对比度使α污染层呈亮白色,基体呈灰白色；
c、在体式显微镜下拍摄包含整个断口形貌的彩色照片；
d、分析彩色照片，测定其中α污染层百分含量；
e、通过测定的α污染层含量与圆面积公式，间接计算α污染层平均厚度。
优选的，所述钛合金为ZTC4钛合金。
进一步的，优选将待测钛合金样品制备成包含原始α污染层的圆柱型拉伸试样，然后进行拉伸试验获得人工断口。
作为优选方案，对拉伸试样进行酸洗后，再进行拉伸试验获得人工断口。
优选的，体式显微镜采用平光源，调节亮度范围为0～40，对比度范围为80～100。
优选的，拍摄彩色照片放大倍数为7.5～25倍。
优选的，d步骤的具体操作为：用Micro-image Analysis&process专用软件中第二相含量测定程序，加载放大倍数，进行阀值分割提取待测物相，测定α污染层百分含量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明利用α污染层与基体断口形貌不同的特点，采用断口法直接测定α污染层面积含量，无需进行金相样品的磨制及染色，然后圆面积计算公式与α污染层层面积含量关系间接计算出平均厚度。本发明能方便全面的表征污染层平均厚度，与其他技术相比，其更加直观、快捷、方便、高效、准确，可以实现精确地表征污染层平均厚度的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1拍摄的原始样品的断口形貌照片。
图2为本发明实施例2拍摄的酸洗样品的断口形貌照片。
具体实施方式
本发明圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其步骤如下：
a、获得包含α污染层的圆柱型钛合金人工断口；
b、在体式显微镜下观察断口,调节亮度和对比度使α污染层呈亮白色,基体呈灰白色；
c、在体式显微镜下拍摄包含整个断口形貌的彩色照片；
d、分析彩色照片，测定其中α污染层百分含量；
e、通过测定的α污染层含量与圆面积公式，间接计算α污染层平均厚度。
优选的，所述钛合金为ZTC4钛合金。
进一步的，a步骤采用如下方法制备得到人工断口：将待测钛合金样品制备成包含原始α污染层的圆柱型拉伸试样，然后进行拉伸试验获得人工断口。
优选的，可对拉伸试样进行酸洗后，再进行拉伸试验获得人工断口。
进一步的，b步骤中，所述体式显微镜采用平光源，调节亮度范围为0～40，对比度范围为80～100。体式显微镜可采用常规的体式显微镜，作为本发明的一个实施例，所述体式显微镜的型号为LeiCa M80。
c步骤中，在体式显微镜下拍摄包含整个断口的彩色照片，保证拍摄的彩色金相图片包含全部的断口形貌，放大到一定倍数使图像清晰背景少为止，因此，图像放大倍数优选为7.5～25倍。
d步骤可采用常规方法分析照片，得到α污染层百分含量。优选的具体操作为：用Micro-image Analysis&process专用软件中第二相含量测定程序，加载放大倍数，进行阀值分割提取待测物相，测定α污染层百分含量。
α污染层含量测定完成后，即可进行步骤e，根据公式S＝3.14*r2可计算出整个圆形样品面积S，将样品中基体部分看作一个等效圆形，可计算出等效圆面积S1，进而求出等效圆半径r1，圆形样品半径减去等效圆半径即为平均α层厚度D平，即D平＝r-r1。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
机加工包含原始α污染层的M12的ZTC4钛合金圆柱型拉伸样品，采用(WEW-600)型万能实验机在室温下进行拉伸实验获得拉伸断口，将制备好的拉伸断口在LeiCaM80体式显微镜平光源下观察断口形貌，调节亮度10，对比度90，调节焦距使污染层呈现白亮色，基体为灰白色，拍摄包含整个断口形貌的彩色照片，详见图1。打开Micro-imageAnalysis&process专用软件中第二相含量测定程序，加载放大倍数，进行阀值分割提取待测物相，测定图片中α污染层百分含量4.3％，扣除图片中背景后即为样品中α污染层面积含量为7.8％，根据公式S＝3.14*r2可计算出整个圆形样品面积S，将样品中基体部分看作一个等效圆形，可计算出等效圆面积S1，进而求出等效圆半径r1，圆形样品半径减去等效圆半径即为平均α层厚度D平。由前测定结果可知α层百分含量为7.8％，基体百分含量为92.2％，可计算出S为45.34mm2，S1为41.81mm2、r1为3.65mm、D平为0.15mm。
实施例2
机加工包含原始α污染层的M12的ZTC4钛合金圆柱型拉伸样品，在氢氟酸、硝酸水溶液中酸洗20min获得含部分α污染层拉伸样品，采用(WEW-600)型万能实验机在室温下进行拉伸实验获得拉伸断口，将制备好的拉伸断口在LeiCa M80体式显微镜平光源下观察断口形貌，调节亮度20，对比度80，调节焦距使污染层呈现白亮色，基体为灰白色，拍摄包含整个断口形貌的彩色照片，详见图2。打开Micro-image Analysis&process专用软件中第二相含量测定程序，加载放大倍数，进行阀值分割提取待测物相，打开Micro-imageAnalysis&process专用软件中第二相含量测定程序，加载放大倍数，直接进行阀值分割提取待测物相，测定图片中α污染层百分含量1.9％，扣除图片中背景后即为样品中α污染层面积含量为3.4％，根据公式S＝3.14*r2可计算出整个圆形样品面积S，将样品中基体部分看作一个等效圆形，可计算出等效圆面积S1，进而求出等效圆半径r1，圆形样品半径减去等效圆半径即为平均α层厚度D平。由前测定结果可知α层百分含量为3.4％，基体百分含量为96.6％，可计算出S为45.34mm2，S1为43.79mm2、r1为3.73mm、D平为0.07mm。

Claims (7)

1.圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其特征在于，其步骤如下：
a、获得包含α污染层的圆柱型钛合金人工断口；
b、在体式显微镜下观察断口,调节亮度和对比度使α污染层呈亮白色,基体呈灰白色；
c、在体式显微镜下拍摄包含整个断口形貌的彩色照片；
d、分析彩色照片，测定其中α污染层百分含量；
e、通过测定的α污染层含量与圆面积公式，间接计算α污染层平均厚度。
2.根据权利要求1所述的圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其特征在于：所述钛合金为ZTC4钛合金。
3.根据权利要求1或2所述的圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其特征在于：将待测钛合金样品制备成包含原始α污染层的圆柱型拉伸试样，然后进行拉伸试验获得人工断口。
4.根据权利要求3所述的圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其特征在于：对拉伸试样进行酸洗后，再进行拉伸试验获得人工断口。
5.根据权利要求1～4任一项所述的圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其特征在于：体式显微镜采用平光源，调节亮度范围为0～40，对比度范围为80～100。
6.根据权利要求1～5任一项所述的圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其特征在于：拍摄彩色照片放大倍数为7.5～25倍。
7.根据权利要求1～6任一项所述的圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度表征方法，其特征在于：d步骤的具体操作为：用Micro-image Analysis&process专用软件中第二相含量测定程序，加载放大倍数，进行阀值分割提取待测物相，测定α污染层百分含量。
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