CN110161068A - 常温下钛合金的快速相变实验方法 - Google Patents

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谢乐春
刘畅
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Abstract

本发明的目的是提供一种常温下钛合金的快速相变实验方法，1)在常温下通过脉冲电流处理钛合金样品，并通过红外热像仪实时监测脉冲电流处理过程中钛合金样品的温度变化；2)通过扫描电镜表征脉冲电流处理前后钛合金相组织变化，并通过温度和相变分析得到实验结论。该方法在常温下进行，不需要高温、高压、真空等苛刻环境，操作简单、耗时短、节能，可以在常温下短时间内快速调控钛合金相变并验证。

Description

常温下钛合金的快速相变实验方法
技术领域
本发明属于钛合金材料领域，具体涉及一种常温下钛合金的快速相变实验方法。
背景技术
钛合金具有强度大、密度小、韧性好和抗腐蚀性好等优点，因此在航空航天、医疗器械领域应用广泛。常见钛合金组织主要包含α相和β相，不同种类钛合金α相和β相含量不同，且不同含量α相和β相直接影响钛合金性能。为了改善钛合金的综合性能，有研究者通过多种方法对钛合金进行处理，常规处理方法有热处理、化学处理、表面处理等，上述常规处理方法可以使钛合金发生相变，改善钛合金的疲劳性、塑性、耐磨性等性能，但常规处理方法过程复杂，耗时长，需要高温、高压、真空等特定条件。因此，提出常温下钛合金的快速相变方法，尤其是提出常温下钛合金的快速相变的实验方法，从而验证改变效果，对于改善钛合金的综合性能具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种常温下钛合金的快速相变实验方法，该方法在常温下进行，不需要高温、高压、真空等苛刻环境，操作简单、耗时短、节能，可以在常温下短时间内快速调控钛合金相变并验证。
本发明所采用的技术方案是：
一种常温下钛合金的快速相变实验方法，包括步骤：1)在常温下通过脉冲电流处理钛合金样品，并通过红外热像仪实时监测脉冲电流处理过程中钛合金样品的温度变化；2)通过扫描电镜表征脉冲电流处理前后钛合金相组织变化，并通过温度和相变分析得到实验结论。
在步骤1)中，脉冲电流处理钛合金样品前，将钛合金原材料加工成圆柱体的钛合金样品并去除表面氧化层，再将钛合金样品放置于脉冲电流处理设备两电极之间，将红外热像仪平行于钛合金样品放置并调试聚焦；脉冲电流处理设备设置完电脉冲参数，对钛合金样品进行脉冲电流处理过程中红外热像仪实时监测钛合金样品的温度变化。
进一步地，通过砂纸打磨去除表面氧化层。
在步骤2)中，钛合金样品冷却至室温后，先去除表面氧化层，再将钛合金样品用线切割方法沿中心轴线切开并用热镶嵌法制得金相试样，将金相试样打磨、抛光并清洗，然后校正分析红外热像仪实时监测的数据，得到最高温度随时间变化关系，最后利用扫描电镜表征分析钛合金样品的相组织变化，对比分析脉冲电流处理前后钛合金相组织差异，通过温度和相变分析得到实验结论。
进一步地，通过砂纸打磨去除表面氧化层。
进一步地，金相试样通过从粗到细的砂纸依次打磨，通过OPS抛光液抛光，通过酒精超声清洗。
本发明的有益效果是：
该方法在常温下进行，不需要高温、高压、真空等苛刻环境，操作简单、耗时短、节能，可以在常温下短时间内快速调控钛合金相变并验证。
附图说明
图1是脉冲电流处理过程中钛合金样品的最高温度随时间变化的图表。
图2是脉冲电流处理前后钛合金样品的相组织SEM(扫描电镜)图，其中a表示处理前的相组织结构，b表示处理后的相组织结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种常温下钛合金的快速相变实验方法，包括步骤如下：
一、实验准备和过程；
以钛合金TC11为例，将棒状钛合金TC11原材料用线切割方法制备成Φ5×10mm圆柱体的钛合金样品，用砂纸打磨去除表面氧化层；将钛合金样品放置在脉冲电流处理设备的两电极之间，让红外热像仪平行于钛合金样品放置并调试聚焦，脉冲电流处理参数设置为：电流70A、作用时间0.08s，对钛合金样品进行脉冲电流处理；钛合金样品冷却至室温后，先用砂纸打磨去除表面氧化层，将钛合金样品用线切割方法沿中心轴线切开并用热镶嵌法制得金相试样，再将金相试样通过从粗到细的砂纸依次打磨，通过OPS抛光液抛光，通过酒精超声清洗；通过专业的热像分析软件(如，软件Fotric AnalyzIR)校正分析红外热像仪实时监测的温度数据，选取钛合金样品处理过程中最高温度来进行分析，得到最高温度随时间变化关系；选取脉冲电流处理前后钛合金样品同一部位，用扫描电镜来表征内部相组织变化，对比分析脉冲电流处理前后钛合金样品的相组织差异。
二、实验结果与讨论；
1.对温度数据进行分析：以实验过程中钛合金样品最高温度作为分析对象，分析20s 之前最高温度随时间变化，结果如图1所示；散点图是红外热像仪记录的处理过程中TC11 钛合金样品的最高实际温度变化，线图是利用ExpDec1数学函数y＝A1*exp(-x/t1)+y0对实验数据拟合后的结果，从图1中可知，脉冲电流处理过程产生的热使实验样品温度迅速升高，最高温度可达800℃，随后温度迅速下降，第2秒、第4秒、第6秒的温度分别降为564.6℃、321.3℃和217℃。，在0～6s的时间内，TC11钛合金样品温度从794.3℃下降到217℃，随后样品温度变化趋于平缓。整个实验在常温下进行，不需要高温、高压、真空等苛刻环境，且操作简单，耗时短，节能。
2.对内部组织相变进行分析：TC11钛合金属于α+β型钛合金，从图2中发现，处理前钛合金样品内部组织的β相(白色)中存在着许多针状α相(灰色)，脉冲电流处理后样品内部组织的针状α相开始明显减少，表明α相开始转化为β相,表明脉冲电流处理能有效快速的实现α→β相变，上述结果说明这种快速相变技术是实施有效的。
本方法还适用于其它钛合金快速相变技术，其方法与上述实例相同，效果也相同，在此不逐一列举实例。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种常温下钛合金的快速相变实验方法，其特征在于：包括步骤，1)在常温下通过脉冲电流处理钛合金样品，并通过红外热像仪实时监测脉冲电流处理过程中钛合金样品的温度变化；2)通过扫描电镜表征脉冲电流处理前后钛合金相组织变化，并通过温度和相变分析得到实验结论。
2.如权利要求1所述的常温下钛合金的快速相变实验方法，其特征在于：在步骤1)中，脉冲电流处理钛合金样品前，将钛合金原材料加工成圆柱体的钛合金样品并去除表面氧化层，再将钛合金样品放置于脉冲电流处理设备两电极之间，将红外热像仪平行于钛合金样品放置并调试聚焦；脉冲电流处理设备设置完电脉冲参数，对钛合金样品进行脉冲电流处理过程中红外热像仪实时监测钛合金样品的温度变化。
3.如权利要求2所述的常温下钛合金的快速相变实验方法，其特征在于：通过砂纸打磨去除表面氧化层。
4.如权利要求1所述的常温下钛合金的快速相变实验方法，其特征在于：在步骤2)中，钛合金样品冷却至室温后，先去除表面氧化层，再将钛合金样品用线切割方法沿中心轴线切开并用热镶嵌法制得金相试样，将金相试样打磨、抛光并清洗，然后校正分析红外热像仪实时监测的数据，得到最高温度随时间变化关系，最后利用扫描电镜表征分析钛合金样品的相组织变化，对比分析脉冲电流处理前后钛合金相组织差异，通过温度和相变分析得到实验结论。
5.如权利要求4所述的常温下钛合金的快速相变实验方法，其特征在于：通过砂纸打磨去除表面氧化层。
6.如权利要求4所述的常温下钛合金的快速相变实验方法，其特征在于：金相试样通过从粗到细的砂纸依次打磨，通过OPS抛光液抛光，通过酒精超声清洗。
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