CN110132774A - α污染层厚度的测试方法 - Google Patents

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张磊
肖剑飞
刘兆华
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Abstract

本发明涉及一种α污染层厚度的测试方法，属于钛及钛合金铸件的表面质量检测技术领域。由于α污染层的硬度较高，穿过α污染层后，基材的硬度会有所降低。本发明利用这个特点，对钛及钛合金铸件在其外表面，从表面向基材内部、穿过α污染层进行硬度试验，得到多个测试点的硬度值，通过对测试点的硬度值进行分析，测算出α污染层厚度。本发明能更为直观、快捷、方便、高效、准确的测算出α污染层厚度。

Description

α污染层厚度的测试方法
技术领域
本发明涉及一种α污染层厚度的测试方法，属于钛及钛合金铸件的表面质量检测技术领域。
背景技术
钛及钛合金是近年来逐渐发展起来的一种重要结构金属，具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等优异的性能，广泛应用于航空、航天、军用领域。但在钛合金精密铸造过程中，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的化学活性，非常容易与所接触的铸型材料发生界面化学反应，会在铸件表面形成α污染层。该污染层硬度高、脆性大，严重影响钛及钛合金铸件的表面质量，使得钛及钛合金铸件在使用过程中容易产生表面开裂等现象；严重时，表面裂纹会向金属基体组织生长、发展，进而造成钛及其钛合金铸件产品断裂。因此，为保障钛及钛合金铸件产品的使用安全，必须对铸件表面α污染层的厚度进行检测，从中选出表面质量合格的钛及其钛合金铸件产品。
在现有的技术中，已有钛及钛合金铸件α污染层厚度测试的方法的专利文献报道，例如如：公开号为CN107328788A的专利文献公开了一种圆柱型钛合金样品α污染层平均厚度的测试方法，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；该方法的缺点为仅适用于圆柱型样品，并且仅能间接计算α污染层的平均厚度，不能测试某一指定点的α污染层厚度。公开号为CN107328788A的专利文献公开了一种对铸造钛合金工件表面污染层深度的测量方法，所述方法为：首先将铸造钛合金工件固定于夹具上，对铸造钛合金工件表面进行抛光，使用混合溶液对其表面腐蚀，使用清水对其表面清洗；对铸造钛合金工件表面进行吹干；再将铸造钛合金工件从夹具中取出，使用光学显微镜对其表面进行观察并拍照；根据所拍摄的照片测量其表面污染层深度；该方法的缺点为预处理过程较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种α污染层厚度的测试方法，可以更为方便快捷的测定钛及钛合金铸件表面α污染层厚度。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：α污染层厚度的测试方法，包括如下步骤：
步骤一，将钛或钛合金铸件加工成符合硬度试验要求的样品；
步骤二，针对钛或钛合金铸件样品，沿着铸件样品外表面向基材内部打点，根据设定的硬度种类和标尺进行硬度试验，得到多个测试点的硬度值；测试点的坐标相对于铸件样品外表面的间距设定为bi，i为正整数；对应的硬度值设定为δi；沿着铸件样品外表面向基材内部的方向，bi呈逐渐增大的趋势；
步骤三，对所测试出的硬度值结果进行分析，根据钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，计算出α污染层厚度。
进一步的是：bi形成的数列{bi}为等差数列。
进一步的是：步骤二中的多个硬度试验测试点均在一条直线上，该直线垂直于铸件样品外表面。
进一步的是：钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，预先通过试验确定。
进一步的是：步骤三中，α污染层厚度的计算方法为：根据步骤二所测试出的硬度值结果，以测试点的坐标相对于铸件样品外表面的间距值为横坐标、以测试点的硬度值为纵坐标，得到两者的关系曲线图；根据该关系曲线图，钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点对应的横坐标值为α污染层厚度。
进一步的是：步骤三中，α污染层厚度的计算方法为：采用步骤二中设定的硬度种类和标尺，预先得到钛或钛合金铸件的硬度值范围，记为δmin～δmax；根据步骤二所测试出的硬度值结果，逐一比较δi和δmax，当δi＞δmax＞δi+1时，α污染层厚度＝(bi+bi+1)÷2。
本发明的有益效果是：由于α污染层的硬度较高，穿过α污染层后，基材的硬度会有所降低。本发明利用这个特点，对钛及钛合金铸件在其外表面，从表面向基材内部、穿过α污染层进行硬度试验，得到多个测试点的硬度值，通过对测试点的硬度值进行分析，测算出α污染层厚度。本发明能更为直观、快捷、方便、高效、准确的测算出α污染层厚度。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明实施例中测试点与铸件样品外表面间距-测试点硬度值关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括如下步骤：
步骤一，将钛或钛合金铸件加工成符合硬度试验要求的样品；
步骤二，针对钛或钛合金铸件样品，沿着铸件样品外表面向基材内部打点，根据设定的硬度种类和标尺进行硬度试验，得到多个测试点的硬度值；测试点的坐标相对于铸件样品外表面的间距设定为bi，i为正整数；对应的硬度值设定为δi；沿着铸件样品外表面向基材内部的方向，bi呈逐渐增大的趋势；
步骤三，对所测试出的硬度值结果进行分析，根据钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，计算出α污染层厚度。
由于需要得到钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，因而测试点应足够多，并确保进行硬度试验时部分测试点穿过α污染层，以满足对硬度值结果分析的要求，保证测定的α污染层厚度的准确性。
实施时，钛或钛合金铸件可直接加工成符合硬度试验要求的硬度样品，
为保证测定的α污染层厚度的准确性，bi形成的数列{bi}为等差数列，即多个测试点呈等间距布置。
为使得硬度试验更简便、高效，α污染层厚度的测定结果更准确，步骤二中的多个硬度试验测试点均在一条直线上，该直线垂直于铸件样品外表面。
钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，可以为经验值，也可以预先通过试验确定。
步骤三中，为使得计算过程简便、高效，并保证测定的α污染层厚度的准确性，α污染层厚度的计算方法可以采用作图法或者通过计算公式确定。采用作图法的具体实施方式为：根据步骤二所测试出的硬度值结果，以测试点的坐标相对于铸件样品外表面的间距值为横坐标、以测试点的硬度值为纵坐标，得到两者的关系曲线图；根据该关系曲线图，钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点对应的横坐标值为α污染层厚度。
通过计算公式确定的具体实施方式为：采用步骤二中设定的硬度种类和标尺，预先得到钛或钛合金铸件的硬度值范围，记为δmin～δmax；根据步骤二所测试出的硬度值结果，逐一比较δi和δmax，当δi＞δmax＞δi+1时，α污染层厚度＝(bi+bi+1)÷2。
实施例：
本发明中选定的硬度种类和标尺为HV0.2，按如下步骤实施：
步骤一，将钛或钛合金铸件加工成符合硬度试验要求的样品；
步骤二，针对钛或钛合金铸件样品，沿着铸件样品外表面向基材内部打点，根据设定的硬度种类和标尺进行硬度试验，得到多个测试点的硬度值；所有硬度试验测试点均在一条直线上，该直线垂直于铸件样品外表面，试验数据如表1所示；测试点的坐标相对于铸件样品外表面的间距设定为bi，i为正整数；对应的硬度值设定为δi；
步骤三，对所测试出的硬度值结果进行分析，根据钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，计算出α污染层厚度。
表1
i b<sub>i</sub>(um) δ<sub>i</sub>(HV0.2)
1 80 590
2 240 454
3 400 357
4 560 349
5 720 326
6 880 318
7 1040 309
α污染层厚度的计算方法采用作图法时，可得到如图2所示的测试点与铸件样品外表面间距-测试点硬度值关系曲线图。
根据该关系曲线图，钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点对应的横坐标值为α污染层厚度，α污染层厚度约为320um。
α污染层厚度的计算方法通过计算公式确定时，α污染层厚度＝(b2+b3)÷2＝(240+400)÷2＝320um。

Claims (6)

1.α污染层厚度的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将钛或钛合金铸件加工成符合硬度试验要求的样品；
步骤二，针对钛或钛合金铸件样品，沿着铸件样品外表面向基材内部打点，根据设定的硬度种类和标尺进行硬度试验，得到多个测试点的硬度值；测试点的坐标相对于铸件样品外表面的间距设定为bi，i为正整数；对应的硬度值设定为δi；沿着铸件样品外表面向基材内部的方向，bi呈逐渐增大的趋势；
步骤三，对所测试出的硬度值结果进行分析，根据钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，计算出α污染层厚度。
2.如权利要求1所述的α污染层厚度的测试方法，其特征在于：bi形成的数列{bi}为等差数列。
3.如权利要求1所述的α污染层厚度的测试方法，其特征在于：步骤二中的多个硬度试验测试点均在一条直线上，该直线垂直于铸件样品外表面。
4.如权利要求1所述的α污染层厚度的测试方法，其特征在于：钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点，预先通过试验确定。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的α污染层厚度的测试方法，其特征在于：步骤三中，α污染层厚度的计算方法为：根据步骤二所测试出的硬度值结果，以测试点的坐标相对于铸件样品外表面的间距值为横坐标、以测试点的硬度值为纵坐标，得到两者的关系曲线图；根据该关系曲线图，钛或钛合金铸件的硬度值与α污染层的硬度值之间的临界点对应的横坐标值为α污染层厚度。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的α污染层厚度的测试方法，其特征在于：步骤三中，α污染层厚度的计算方法为：采用步骤二中设定的硬度种类和标尺，预先得到钛或钛合金铸件的硬度值范围，记为δmin～δmax；根据步骤二所测试出的硬度值结果，逐一比较δi和δmax，当δi＞δmax＞δi+1时，α污染层厚度＝(bi+bi+1)÷2。
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