CN110426410A - 调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法 - Google Patents

调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，加工钛合金实验样品成圆柱状，将一部分样品两端加持电极并进行脉冲电流冲击处理、另一部分样品不作脉冲电流冲击处理；将样品沿中线切割开并处理切割面得到可用于金相观察的样品；利用扫描电镜在高倍下观察进行脉冲电流冲击处理和不作脉冲电流冲击处理的钛合金α、β两相形貌及α/β相界面的变化，对比得到进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面演化规律；通过脉冲电流冲击的热效应和非热效应作用机制来分析进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面状态变化，从而得到实验结论。该方法通过脉冲电流冲击调整钛合金α/β相界面局部状态，耗时低、效率高，能够观察验证改变效果。

Description

调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法
技术领域
本发明属于钛合金材料领域，具体涉及一种调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法。
背景技术
钛及其合金已被广泛用于航空、航天、冶金、化工、石油、医药等领域，因其具有高比强度、低密度、耐高温、耐低温、耐腐蚀等优良特性，被认为是最有前途的金属材料。常见钛合金的相结构主要包含α相(密排六方晶体结构)和β相(体心立方晶体结构)，由于α相和β相为不同的晶体结构，因此两者在钛合金力学性能贡献方面也不同，α相主要贡献钛合金强度和脆性，β相主要贡献钛合金的塑性。不同种类钛合金中α相和β相的含量和形貌不同，不同含量和形貌的α和β相直接影响钛合金的力学性能，因此，钛合金中相组织分布和相界面的调控对其力学性能影响至关重要。
目前调整钛合金α/β相界面状态的常规方法是热处理，但热处理主要针对整个样品，不能针对局部相界面状态，而且热处理过程时间长，能耗高，有时候还需要高温、高压、真空等特定条件，实际能量利用效率低。因此，利用新处理方法或新工艺有针对性的调整钛合金α/β相界面局部状态，对改善钛合金的力学性能具有重要理论指导和应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，该方法通过脉冲电流冲击调整钛合金α/β相界面局部状态，耗时低、效率高，并且能够通过脉冲电流冲击前后α/β相界面状态来观察验证改变效果，室温下即可操作。
本发明所采用的技术方案是：
一种调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，包括步骤：
S1、加工钛合金实验样品成圆柱状，将一部分样品两端加持电极并进行脉冲电流冲击处理、另一部分样品不作脉冲电流冲击处理；
S2、将样品沿中线切割开并处理切割面得到可用于金相观察的样品；
S3、利用扫描电镜在高倍下观察进行脉冲电流冲击处理和不作脉冲电流冲击处理的钛合金α、β两相形貌及α/β相界面的变化，对比得到进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面演化规律；
S4、通过脉冲电流冲击的热效应和非热效应作用机制来分析进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面状态变化，从而得到实验结论。
在步骤S1中，钛合金实验样品原料为棒状，通过线切割加工成圆柱状。
在步骤S1中，进行脉冲电流冲击处理前，去除样品表面氧化层，脉冲电流冲击处理后，待样品冷却，再去除样品表面氧化层后，将样品沿中线切割开。
在步骤S2中，样品沿中线切割后，对切割面依次进行热镶嵌、表面砂纸水磨、表面抛光液抛光和酒精超声清洗得到可用于金相观察的样品。
进一步地，表面砂纸水磨时依次用240#、600#、1200#、4000#的砂纸打磨。
进一步地，表面抛光液抛光时用OPS抛光液进行抛光。
在步骤S3中，扫描电镜观察的位置包括钛合金中心位置和边缘位置。
本发明的有益效果是：
该方法通过脉冲电流冲击调整钛合金α/β相界面局部状态，耗时低、效率高，并且能够通过脉冲电流冲击前后α/β相界面状态来观察验证改变效果，室温下即可操作。
附图说明
图1是本发明实施例进行脉冲电流冲击处理和不作脉冲电流冲击处理的钛合金α、β两相形貌及其α/β相界面变化的SEM(扫描电镜)图，其中，(a)为不作脉冲电流冲击处理的钛合金边缘位置、(b)为进行脉冲电流冲击处理后的钛合金边缘位置、(c)为不作脉冲电流冲击处理的钛合金中心位置、(d)为进行脉冲电流冲击处理后的钛合金中心位置，钛合金针状二次α相用椭圆等效表示，钛合金初生α/β相界面和部分针状二次α/β相界面已用黑色虚线标出。
图2是本发明实施例进行脉冲电流冲击处理时热效应和非热效应对钛合金针状二次α相的作用机制原理图，其中(a)表示热效应、(b)表示非热效应，钛合金针状二次α相用椭圆等效表示。
图3是本发明实施例进行脉冲电流冲击处理和不作脉冲电流冲击处理的钛合金α/β相界面的变化示意图，其中(a)为不作脉冲电流冲击处理、(b)脉冲电流冲击处理后，图中上部为钛合金中心、下部为样品边缘，钛合金针状二次α相用椭圆等效表示，钛合金初生α/β相界面和部分针状二次α/β相界面已用黑色虚线标出。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
以钛合金TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)为例，进行调整钛合金α/β相界面局部状态的实验，包括步骤：
S1、对棒状TC11样品线切割加工成直径5mm、高度10mm的圆柱体样品，将一部分样品两端加持电极并进行脉冲电流冲击处理、另一部分样品不作脉冲电流冲击处理，进行脉冲电流冲击处理前，(通过砂纸打磨)去除样品表面氧化层，进行脉冲电流冲击处理时，设定电流值70A、作用时间0.08s，脉冲电流冲击处理后，待样品冷却，再(通过细砂纸打磨)去除样品表面氧化层。
S2、将样品沿中线切割开，对切割面依次进行热镶嵌、表面砂纸水磨(依次用240#、600#、1200#、4000#的砂纸打磨)、表面抛光液抛光(用OPS抛光液)和酒精超声清洗得到可用于金相观察的样品。
S3、利用扫描电镜在高倍下观察进行脉冲电流冲击处理和不作脉冲电流冲击处理的钛合金α、β两相形貌及α/β相界面的变化，对比得到进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面演化规律：所图1所示，从图1中(a)和(c)可知，钛合金由初生α相、β相和针状二次α相组成，可以发现钛合金初生α/β相界面锯齿状形貌较多，界面不够平滑，主要由于钛合金针状二次α析出相的尖端形貌所致，如果钛合金针状二次α相的尖端恰好分布在钛合金初生α/β相界面上，这样会导致钛合金初生α/β相界面受到挤压出现锯齿状形貌，对比图1中(a)和(c)、图1中(b)和(d)可知，脉冲电流冲击处理后钛合金初生α/β相界面中锯齿状形貌明显减少，界面平滑度增加，尤其是在图1(d)中，钛合金初生α/β相界面和针状二次α/β相界面都变得平滑，且钛合金针状二次α/β相界面由长径比较大的椭圆形状变成长径比较小的椭圆或者接近圆形，主要与钛合金针状二次α相向β相的相转变有关，具体分析如图2所示。
S4、通过脉冲电流冲击的热效应和非热效应作用机制来分析进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面状态变化：脉冲电流冲击处理在极短时间内形成的能量集中导致钛合金针状二次α相两端出现元素扩散而发生局部相变，其相变影响因素包含脉冲电流冲击处理引起的热效应和非热效应，如图2所示，热效应机制：钛合金针状二次α相尖端在脉冲电流冲击作用下瞬时达到相变点，α尖端先相变转化为熔融β并快速冷却，使得钛合金初生α/β相界面的锯齿状部分变得平滑(见如图2(a))；非热效应机制：钛合金针状二次α相尖端和边缘的超高电流引起的“电子风力”和“绕流效应”能加快原子扩散速率，促进局部相变，加快钛合金初生α/β相界面的锯齿状转变为平滑圆弧状(如图2(b))，因为钛合金α和β两相的电导率和热导率的不同，在短时间高电流的冲击作用下表现出差异，而常规热处理和电处理由于作用时间长，热量分布和传递均匀，钛合金α和β相的电导率和热导率的较小差距体现不明显，脉冲电流冲击处理前后钛合金α/β相界面变化示意图如图3所示，图3(a)可知未处理时钛合金初生α/β相界面处于锯齿形状，图3(b)可知脉冲电流冲击处理后钛合金初生α/β相界面处于平滑状态。
S5、得到实验结论：对比图1(b)和(d)可以发现，脉冲电流冲击处理后钛合金边缘处的初生α/β相界面平滑程度不如钛合金中心，主要是因为钛合金边缘散热快，钛合金针状二次α向β相转变程度要小于钛合金中心，导致钛合金边缘的针状二次α相还有部分两尖端变化不明显，出现钛合金边缘初生α/β相界面平滑程度不如钛合金中心的现象，且钛合金边缘遗留下来的针状二次α相要多于钛合金中心位置，上述实施例表明脉冲电流冲击处理这种方法可以快速改变α/β局部相界面状态，耗时低、效率高，并且能够通过脉冲电流冲击前后α/β相界面状态来观察验证改变效果，室温下即可操作。
本方法还适用于其它钛合金α/β相界面状态的改变技术，其方法与上述实例相同，效果也相同，在此不逐一列举。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 (7)

1.一种调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，其特征在于：包括步骤，
S1、加工钛合金实验样品成圆柱状，将一部分样品两端加持电极并进行脉冲电流冲击处理、另一部分样品不作脉冲电流冲击处理；
S2、将样品沿中线切割开并处理切割面得到可用于金相观察的样品；
S3、利用扫描电镜在高倍下观察进行脉冲电流冲击处理和不作脉冲电流冲击处理的钛合金α、β两相形貌及α/β相界面的变化，对比得到进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面演化规律；
S4、通过脉冲电流冲击的热效应和非热效应作用机制来分析进行脉冲电流冲击处理后钛合金α/β相界面状态变化，从而得到实验结论。
2.如权利要求1所述的调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，其特征在于：在步骤S1中，钛合金实验样品原料为棒状，通过线切割加工成圆柱状。
3.如权利要求1所述的调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，其特征在于：在步骤S1中，进行脉冲电流冲击处理前，去除样品表面氧化层，脉冲电流冲击处理后，待样品冷却，再去除样品表面氧化层后，将样品沿中线切割开。
4.如权利要求1所述的调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，其特征在于：在步骤S2中，样品沿中线切割后，对切割面依次进行热镶嵌、表面砂纸水磨、表面抛光液抛光和酒精超声清洗得到可用于金相观察的样品。
5.如权利要求4所述的调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，其特征在于：表面砂纸水磨时依次用240#、600#、1200#、4000#的砂纸打磨。
6.如权利要求4所述的调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，其特征在于：表面抛光液抛光时用OPS抛光液进行抛光。
7.如权利要求1所述的调整钛合金α/β相界面局部状态的实验方法，其特征在于：在步骤S3中，扫描电镜观察的位置包括钛合金中心位置和边缘位置。
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