CN110186919A - 电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法 - Google Patents

电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，1)通过增材制造得到立方体的钛合金，再加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品，最后打磨去除钛合金样品表面的氧化层；2)将打磨后的钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，调整电脉冲处理设备的电流和作用时间，对钛合金样品进行电脉冲处理；3)将电脉冲处理后的钛合金样品切割并通过热镶嵌法制得金相试样，对金相试样表面进行打磨、抛光、清洗和腐蚀后，利用金相显微镜和场发射扫描电镜表征分析电脉冲处理前后α相和β相的变化。该方法能耗能少且耗时短的改变增材制造近β型钛合金相组织并取得验证，改善了增材制造近β型钛合金的综合性能。

Description

电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法
技术领域
本发明属于增材制造领域，具体涉及一种电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法。
背景技术
增材制造(3D打印技术)是一种以数字模型为基础，采用粉末金属等可粘合材料，使用逐层打印的方式来构造实物的技术，无需机械加工或模具，仅使用计算机软件制作任何形状的零件，可大幅缩短产品的研发周期，降低生产成本、提高效率，但在增材制造近β型钛合金过程中形成的大量柱状β相制约了合金的综合性能，不仅限制了增材制造成型部件的使用寿命，也制约了增材制造技术和产业的发展，针对该问题，目前钛合金相组织的优化方法主要依赖于热处理，采用加热固溶、保温水冷，然后再保温的方法，上述热处理工艺虽然可以使增材制造近β型钛合金的相组织发生转变，但其耗能多，处理时间长。因此需要提出一种在耗能少、处理时间短的基础上，调控增材制造近β型钛合金相组织的方法，尤其是调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，从而验证调控效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，该方法在耗能少、处理时间短的基础上，能改变增材制造近β型钛合金相组织并取得验证，改善了增材制造近β型钛合金的综合性能。
本发明所采取的技术方案是：
一种电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，包括步骤：1)实验样品的制备—通过增材制造得到立方体的钛合金，再加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品，最后打磨去除钛合金样品表面的氧化层；2)实验过程—将打磨后的钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，调整电脉冲处理设备的电流和作用时间，对钛合金样品进行电脉冲处理；3)实验结果分析—将电脉冲处理后的钛合金样品切割并通过热镶嵌法制得金相试样，对金相试样表面进行打磨、抛光、清洗和腐蚀后，利用金相显微镜和场发射扫描电镜表征分析电脉冲处理前后α相和β相的变化。
在步骤1)中，通过线切割加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品。
在步骤1)中，通过砂纸打磨去除钛合金样品表面的氧化层。
在步骤3)中，电脉冲处理后的钛合金样品通过线切割沿轴向纵剖。
在步骤3)中，金相试样通过从粗到细的砂纸依次进行打磨，通过OPS抛光液进行抛光，通过超声波进行酒精清洗，通过腐蚀液进行表面腐蚀。
发明的有益效果是：
该方法在耗能少、处理时间短的基础上，能改变增材制造近β型钛合金相组织并取得验证，改善了增材制造近β型钛合金的综合性能。
附图说明
图1是不同电脉冲作用时间下钛合金样品的腐蚀图，其中a未处理、b电脉冲作用时间 0.06s。
图2是不同电脉冲作用时间下钛合金样品的腐蚀光学显微OM(金相显微镜)图，其中a未处理、b电脉冲作用时间0.06s；
图3是不同电脉冲作用时间下钛合金样品腐蚀后的SEM(场发射扫描电镜)图，其中a、b、c对应未处理钛合金样品上、中、下位置的相组织，d、e、f对应电脉冲作用0.06s 后钛合金样品上、中、下位置的相组织。
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。
一种电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，包括步骤：
1)实验样品的制备；
采用Ti55531粉末作为原材料，通过增材制造得到立方体的钛合金，再通过线切割加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品(直径Φ＝4.5mm、高度h＝10mm)，最后通过240#的砂纸打磨去除钛合金样品表面的氧化层。
2)实验过程；
将打磨后的钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，调整电脉冲处理设备的电流和作用时间(电流70A、作用时间0.06s)，对钛合金样品进行电脉冲处理，未做电脉冲处理的钛合金样品作为对照。
3)实验结果分析；
将电脉冲处理后的钛合金样品通过线切割沿轴向纵剖并通过热镶嵌法制得金相试样，金相试样通过240#、600#、1200#、4000#的砂纸依次进行打磨，通过OPS抛光液进行抛光，通过超声波进行酒精清洗，通过HF、HNO3和H2O的混合腐蚀液进行表面腐蚀(严格控制腐蚀时间，腐蚀后钛合金样品如图1所示)后，利用Olympus金相显微镜(OM)和JEOL-7600场发射扫描电镜(SEM)表征分析电脉冲处理前后α相和β相的变化—由图1 中a和b的颜色变化可知，在经过相同腐蚀时间后，未处理钛合金样品腐蚀程度相比经过电脉冲处理的钛合金样品颜色更深，初步表明脉冲处理后导致相组织的变化；由图2中a 和b的腐蚀程度可以进一步分析得到经过电脉冲处理后钛合金样品中α相的含量有所下降，因为同样尺寸、同等腐蚀溶液和腐蚀时间下，α相相比β相更易于腐蚀；如图3所示，根据电脉冲处理前后相同位置显微组织的SEM图，由a、d和c、f的对比可以得出,随着电脉冲处理过程中钛合金样品温度的升高，针状α相部分溶解并且含量逐渐减少，由b和e的对比可知，该钛合金样品中间位置的α相含量不仅有所下降，并且形貌由两端尖锐的针状变为两端较钝的椭圆状，说明电脉冲处理后出现α相向β相的转变，即α相在电脉冲处理过程中，其温度瞬间升高，达到相变转换温度，导致增材制造过程中产生的原始α相部分相变转化为β相。
综上可知，电脉冲处理增材制造近β型钛合金时，可以在室温下使增材制造近β型钛合金的温度发生显著快速的变化，α相的含量减少，形貌也由原来的针状变为椭圆状。因此，该方法在耗能少、处理时间短的基础上，改变了增材制造近β型钛合金相组织并取得验证，改善了增材制造近β型钛合金的综合性能。
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 (5)

1.一种电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，其特征在于：包括步骤，1)实验样品的制备—通过增材制造得到立方体的钛合金，再加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品，最后打磨去除钛合金样品表面的氧化层；2)实验过程—将打磨后的钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，调整电脉冲处理设备的电流和作用时间，对钛合金样品进行电脉冲处理；3)实验结果分析—将电脉冲处理后的钛合金样品切割并通过热镶嵌法制得金相试样，对金相试样表面进行打磨、抛光、清洗和腐蚀后，利用金相显微镜和场发射扫描电镜表征分析电脉冲处理前后α相和β相的变化。
2.如权利要求1所述的电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，其特征在于：在步骤1)中，通过线切割加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品。
3.如权利要求1所述的电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，其特征在于：在步骤1)中，通过砂纸打磨去除钛合金样品表面的氧化层。
4.如权利要求1所述的电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，其特征在于：在步骤3)中，电脉冲处理后的钛合金样品通过线切割沿轴向纵剖。
5.如权利要求1所述的电脉冲辅助调控增材制造近β型钛合金相组织的实验方法，其特征在于：在步骤3)中，金相试样通过从粗到细的砂纸依次进行打磨，通过OPS抛光液进行抛光，通过超声波进行酒精清洗，通过腐蚀液进行表面腐蚀。
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