CN106947930B - 一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法 - Google Patents

一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，涉及一种钛合金板材的处理工艺，包括如下步骤：（1）表面喷砂处理、（2）酸洗处理、（3）抛光处理、（4）一次脉冲电流处理、（5）高温处理、（6）二次脉冲电流处理、（7）表面常规处理。本发明处理方法能有效的实现对钛合金板材塑性的恢复，以及裂纹、孔洞等缺陷的修复，为钛合金板材的加工和使用特性的维护和提升提供了一种很好的技术支持，工艺简单，推广价值较高。

Description

一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金板材的处理工艺，具体涉及一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法。
背景技术
钛合金因其优异的综合特性而被广泛应用于现在的生活中，已经逐渐成为航天领域、医疗领域、汽车领域、机械领域必不可少的原料之一。其中医疗领域中的多种医疗器械，如医用光学器具、医用冷藏器具、医用基础设备器具等，其中多种组件均由钛合金板材制成，因此钛合金的性能与此类器具的使用特性息息相关。为了更好的增强钛合金的性能，通常需要对其进行冷作强化处理，具体是对钛合金板材进行塑性变形处理，以增强其硬度和强度，但在此处理过程中，通常会造成板材塑性和韧性下降程度较大的问题，为了增强其综合使用性能，通常还需要对板材进行塑性改善处理；此外，在此类板材加工或使用的过程中会出现内部裂纹、孔隙等微型损伤，若不进行处理会造成变形、断裂等安全隐患。现阶段还没有一种有效的改善钛合金板材塑性特性以及损伤修复的方法。
发明内容
本发明旨在提供一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，包括如下步骤：
（1）表面喷砂处理：
将待处理的钛合金板材放入喷砂机中进行处理，具体是使用型号为0.3~0.5mm的不锈钢丸抛丸处理10~14min，完成后将钛合金板材取出备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的钛合金板材放入质量浓度为3%的氢氟酸溶液中浸泡处理8~12min，完成后将其取出用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（3）抛光处理：
先用100目砂纸对步骤（2）处理后的钛合金板材进行粗抛光处理，然后再用150目的砂纸对其进行细抛光处理，完成后用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（4）一次脉冲电流处理：
对步骤（3）处理后的钛合金板材施加脉冲电流处理，控制脉冲电流的周期为80~90μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为900~950μs，并控制电流的密度为3.40~3.80×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为25~28kHz的超声波处理；
（5）高温处理：
将步骤（4）处理后的钛合金板材取出放入加热炉中，以32~37℃/min的升温速度将加热炉内的温度升至740~790℃，然后在此温度下保温处理10~15min，最后再以15~20℃/min的降温速度将钛合金板材降至常温备用；
（6）二次脉冲电流处理：
对步骤（5）处理后的钛合金板材进行二次脉冲电流处理，此时控制脉冲电流的周期为50~60μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为600~750μs，并控制电流的密度为2.00~2.40×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为33~36kHz的超声波处理；
（7）表面常规处理：
对步骤（6）处理后的钛合金板材进行常规的清洗、干燥、防腐处理后即完成修复处理。
进一步的，步骤（1）中所述的不锈钢丸型号为0.4mm。
进一步的，步骤（3）中所述的抛光处理中在150目砂纸细抛光处理后，还利用200目的砂纸进行一次精抛光处理操作。
进一步的，步骤（4）、步骤（6）中所述的脉冲电流波形是阻尼衰减波包，由电容器放电产生。
进一步的，步骤（4）中所述的脉冲电流密度为3.60~3.65×103A/mm2，施加的超声波频率为26.5~27.0kHz。
进一步的，步骤（5）中所述的降温处理采用空冷的方式进行降温。
进一步的，步骤（6）中所述的脉冲电流密度为2.20~2.25×103A/mm2，施加的超声波频率为34.5~35.0kHz。
本发明具有如下有益效果：
本发明以钛合金自身的特性和加工使用中常见的问题为基础，通过大量的实践与总结后，对应制得了此处理工艺，能有效的改善钛合金板材的塑性特性，并能修复内部的裂纹等缺陷。在此处理工艺中，先对钛合金板材进行了表面喷砂、酸洗、抛光处理，可有效去除表面的杂质、氧化物等成分，为后续的处理操作奠定了基础，接着对钛合金板材进行了一次脉冲电流处理，利用了脉冲电流的绕流效应所产生的马赛克温度场和压缩应力等，改善和治愈了板材中的显微裂纹、孔洞等缺陷，在显微缺陷内形成大量的金属凝固柱状组织，而在此期间施加的超声波处理有助于此类组织均匀、致密、快速的分布，进一步提升了一次脉冲电流的处理效果，而在钛合金板材受到的塑性变形程度较大，内部缺陷较严重的情况下，单一的脉冲电流操作则无法完全有效的应对较为随机、分散的细小缺陷，而此类缺陷若不能被有效改进，在板材日常使用时，会不断扩展影响板材的加工、使用性能，之后对钛合金板材进行了高温处理，此阶段在高温的作用下，金属原子获得适量的热能，以杂质或一次脉冲电流处理形成的金属凝固柱状组织为核心，形成附着大量更为细小的晶粒，改善了部分缺陷未能改善的问题，而此方式改善处理后的限位组织与一次脉冲电流处理后的组织间融合不佳，易出现应力集中等问题，最后对钛合金板材进行了二次脉冲电流处理，适当降低了处理的强度，促进了前两次处理组织的相互结合，同时又能生成更为细小的新的金属凝固柱状组织，提升了对钛合金板材的塑性恢复和显微缺陷恢复效果。最终在各步骤的共同配合作用下，本发明处理方法能有效的实现对钛合金板材塑性的恢复，以及裂纹、孔洞等缺陷的修复，为钛合金板材的加工和使用特性的维护和提升提供了一种很好的技术支持，工艺简单，推广价值较高。
具体实施方式
实施例1
一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，包括如下步骤：
（1）表面喷砂处理：
将待处理的钛合金板材放入喷砂机中进行处理，具体是使用型号为0.3mm的不锈钢丸抛丸处理10min，完成后将钛合金板材取出备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的钛合金板材放入质量浓度为3%的氢氟酸溶液中浸泡处理8min，完成后将其取出用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（3）抛光处理：
先用100目砂纸对步骤（2）处理后的钛合金板材进行粗抛光处理，然后再用150目的砂纸对其进行细抛光处理，完成后用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（4）一次脉冲电流处理：
对步骤（3）处理后的钛合金板材施加脉冲电流处理，控制脉冲电流的周期为80μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为900μs，并控制电流的密度为3.40~3.50×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为25kHz的超声波处理；
（5）高温处理：
将步骤（4）处理后的钛合金板材取出放入加热炉中，以32℃/min的升温速度将加热炉内的温度升至740~760℃，然后在此温度下保温处理10min，最后再以15℃/min的降温速度将钛合金板材降至常温备用；
（6）二次脉冲电流处理：
对步骤（5）处理后的钛合金板材进行二次脉冲电流处理，此时控制脉冲电流的周期为50μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为600μs，并控制电流的密度为2.00~2.20×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为33kHz的超声波处理；
（7）表面常规处理：
对步骤（6）处理后的钛合金板材进行常规的清洗、干燥、防腐处理后即完成修复处理。
进一步的，步骤（3）中所述的抛光处理中在150目砂纸细抛光处理后，还利用200目的砂纸进行一次精抛光处理操作。
进一步的，步骤（4）、步骤（6）中所述的脉冲电流波形是阻尼衰减波包，由电容器放电产生。
进一步的，步骤（5）中所述的降温处理采用空冷的方式进行降温。
实施例2
一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，包括如下步骤：
（1）表面喷砂处理：
将待处理的钛合金板材放入喷砂机中进行处理，具体是使用型号为0.4mm的不锈钢丸抛丸处理14min，完成后将钛合金板材取出备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的钛合金板材放入质量浓度为3%的氢氟酸溶液中浸泡处理12min，完成后将其取出用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（3）抛光处理：
先用100目砂纸对步骤（2）处理后的钛合金板材进行粗抛光处理，然后再用150目的砂纸对其进行细抛光处理，完成后用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（4）一次脉冲电流处理：
对步骤（3）处理后的钛合金板材施加脉冲电流处理，控制脉冲电流的周期为90μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为950μs，并控制电流的密度为3.60~3.65×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为26.8kHz的超声波处理；
（5）高温处理：
将步骤（4）处理后的钛合金板材取出放入加热炉中，以37℃/min的升温速度将加热炉内的温度升至770~790℃，然后在此温度下保温处理15min，最后再以20℃/min的降温速度将钛合金板材降至常温备用；
（6）二次脉冲电流处理：
对步骤（5）处理后的钛合金板材进行二次脉冲电流处理，此时控制脉冲电流的周期为60μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为750μs，并控制电流的密度为2.20~2.25×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为34.7kHz的超声波处理；
（7）表面常规处理：
对步骤（6）处理后的钛合金板材进行常规的清洗、干燥、防腐处理后即完成修复处理。
进一步的，步骤（3）中所述的抛光处理中在150目砂纸细抛光处理后，还利用200目的砂纸进行一次精抛光处理操作。
进一步的，步骤（4）、步骤（6）中所述的脉冲电流波形是阻尼衰减波包，由电容器放电产生。
进一步的，步骤（5）中所述的降温处理采用空冷的方式进行降温。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，省去步骤（5）高温处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（6）二次脉冲电流处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，在步骤（4）一次脉冲电流处理、步骤（6）二次脉冲电流处理中均不进行超声波处理，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，选取同一批TC4钛合金板材作为实验对象，随机分为五组，然后对其进行预塑性变形处理，每组均对应分设为变形量为5.5%和10.5%的两小组，最后再分别用上述五种方法进行处理，并对处理后的钛合金板材进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：
表1
由上表1可以看出，本发明处理方法对于钛合金板材的塑性恢复及内部损伤的修复效果较好，可有效改善板材的品质，有很好的推广价值。

Claims (7)

1.一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面喷砂处理：
将待处理的钛合金板材放入喷砂机中进行处理，具体是使用型号为0.3~0.5mm的不锈钢丸抛丸处理10~14min，完成后将钛合金板材取出备用；
（2）酸洗处理：
将步骤（1）处理后的钛合金板材放入质量浓度为3%的氢氟酸溶液中浸泡处理8~12min，完成后将其取出用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（3）抛光处理：
先用100目砂纸对步骤（2）处理后的钛合金板材进行粗抛光处理，然后再用150目的砂纸对其进行细抛光处理，完成后用去离子水冲洗干净后晾干备用；
（4）一次脉冲电流处理：
对步骤（3）处理后的钛合金板材施加脉冲电流处理，控制脉冲电流的周期为80~ 90μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为900~950μs，并控制电流的密度为3.40~3.80×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为25~28kHz的超声波处理；
（5）高温处理：
将步骤（4）处理后的钛合金板材取出放入加热炉中，以32~37℃/min的升温速度将加热炉内的温度升至740~790℃，然后在此温度下保温处理10~15min，最后再以15~20℃/min的降温速度将钛合金板材降至常温备用；
（6）二次脉冲电流处理：
对步骤（5）处理后的钛合金板材进行二次脉冲电流处理，此时控制脉冲电流的周期为50~60μs，控制脉冲电流处理的总持续时间为600~750μs，并控制电流的密度为2.00~2.40×103A/mm2，在脉冲电流处理处理的同时对钛合金板材还施加频率为33~36kHz的超声波处理；
（7）表面常规处理：
对步骤（6）处理后的钛合金板材进行常规的清洗、干燥、防腐处理后即完成修复处理。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述的不锈钢丸型号为0.4mm。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，其特征在于，步骤（3）中所述的抛光处理中在150目砂纸细抛光处理后，还利用200目的砂纸进行一次精抛光处理操作。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，其特征在于，步骤（4）、步骤（6）中所述的脉冲电流波形是阻尼衰减波包，由电容器放电产生。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，其特征在于，步骤（4）中所述的脉冲电流密度为3.60~3.65×103A/mm2，施加的超声波频率为26.5~27.0kHz。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，其特征在于，步骤（5）中所述的降温处理采用空冷的方式进行降温。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金板材变形损伤的修复处理方法，其特征在于，步骤（6）中所述的脉冲电流密度为2.20~2.25×103A/mm2，施加的超声波频率为34.5~35.0kHz。
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