CN111088470A - 一种制备高强Ti55531钛合金梯度组织的方法 - Google Patents

一种制备高强Ti55531钛合金梯度组织的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备高强Ti55531钛合金梯度组织的方法，利用脉冲电流产生的电阻热效应对Ti55531钛合金棒材或板材进行选择性的局部加热处理，同时调控脉冲电压50‑60V、脉冲电流60‑70A、脉冲频率350‑500Hz、升温和保温时间等参数，合金棒状试样或者板状试样中产生温度梯度，最终在室温条件下获得梯度组织结构。本发明在不改变合金成分的基础上，利用梯度渐变组织结构有效的改进合金的综合力学性能。该方法设备简易、操作简单且环保经济，在提高了生产效率的同时，又节约了能源，具有较大的工业应用推广价值。

Description

一种制备高强Ti55531钛合金梯度组织的方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种制备高强Ti55531钛合金梯度组织的方法。
背景技术
高强钛合金与钢、镍基合金相比，具有强度高、密度低、耐腐蚀和抗疲劳性能优异的特点，已经成功应用于航空航天领域。高强钛合金结构件在服役过程中不可避免的遭受复杂、周期性的应力作用，这导致该类合金的形变损伤尤其是疲劳损伤成为制约航空飞行器安全可靠性和长寿命的关键因素。如发动机叶盘，往往在零件不同位置还还会受到不同的外力。叶片区域由于受到高频率低应力的振动，因此叶片区域具有良好的抗高周疲劳性能；而盘体区域承受低频率高离心力的作用，因此要求材料具有良好的抗裂纹扩展能力和断裂韧性。近年来，发展了双性能整体叶盘设计，即控制试样中间区域形成梯度过渡组织，从而将叶片和盘体连接成为一个整体。人们已经进行了多次尝试以制备这种梯度组织结构，并取得了不同程度的成功，如粉末冶金法，控温锻造法和分区热处理法等。然而，以上方法所需设备非常昂贵，且制备过程比较复杂，操作难度大，制备小型试样比较困难。
发明内容
为了弥补上述不足，本发明利用脉冲电源将试样直接通电加热，使局部区域快速加热到相变点以上某一温度，通过保温一定时间后冷却至室温，即可得到α相呈现梯度、多尺度分布特征的梯度组织结构。该方法设备和操作简单，可以经济地生产，并且可靠性优越。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种制备高强Ti55531钛合金梯度组织的方法，包括以下步骤：
步骤1：利用电火花线切割制备棒状试样或者板状试样，并对棒状或板状试样表面进行预处理；具体过程为：利用金相砂纸对棒状或板状Ti55531钛合金试样表面打磨，先粗磨后细磨，去除机加工痕迹；随后利用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭试样，并干燥备用；所述试样为高强Ti55531钛合金试样，其名义成分为Ti-5Mo-5Cr-5V-3A1-1Zr，采用金相法测得合金相变点为830±5℃；
步骤2：将试样与脉冲电源正负极相连，并放入手套箱；具体方法为：脉冲电源正负极采用铜板，尺寸为35×60×3mm，利用铜板将待加热试样进行夹持固定，可以通过调整夹持位置，而调节待加热的区域，实现加热区域的可控调节；
步骤3：对手套箱进行抽真空处理，采用型号为ZXZ-2型旋片式真空泵抽真空，真空度为5KPa；
步骤4：对手套箱通入氩气气氛，保护待热处理的试样，防止被氧化，所述氩气纯度99.99％，保持一直通入氩气，气压保持在70KPa；
步骤5：接通脉冲电源，调整脉冲电流，脉冲电压和脉冲频率，对试样进行电阻加热：所述的脉冲电流为60-70A，脉冲电压为50-60V，脉冲频率为350-500Hz，升温时间为30秒-1分钟；利用电阻加热形成温度梯度：在试样通电的中间部位产生最高的温度，从中间向两边温度依次降低，形成温度梯度，其中最高温度控制在900℃-1000℃之间，即高于相变点80-170℃；
步骤6：加热保温一定时间后，切断脉冲电源，使试样冷却，所述的加热后的保温时间为3-10分钟，冷却方式为空冷，最终在室温条件下获得梯度组织结构。
本发明的显著优势和和有益效果是：
1.该梯度组织不需要改变合金的成分组成，便可以在保留原始材料优势性能的基础上，达到改进该合金综合力学性能的目的；
2.基于脉冲电流快速加热或选择性的部分区域加热，使得加热区域温度高于β相变点，发生相变，获得全片层组织，从而形成一边为原始组织结构，另一边为片层组织或明显不同于原始材料的组织结构，中间区域则为从原始组织逐渐过渡为片层组织的中间梯度渐变组织结构；
3.本发明可以产生包含原始等轴组织、过渡区组织和片层组织的整体结构件，在同一结构件中实现强度、疲劳和断裂韧性的理想组合，并且试样总长最低可以控制在30mm左右，有望应用于小型精密设备；
4.该方法设备简易，操作简单；既提高了生产效率，又降低了能源消耗，具有较大的工业应用推广价值。
附图说明
图1Ti55531钛合金板状试样示意图；
图2脉冲电流处理后的板状试样示意图；
图3板状试样中的梯度组织结构图。
图4Ti55531钛合金棒状试样示意图；
图5脉冲电流处理后的棒状试样示意图；
图6棒状试样中的梯度组织结构图。
具体实施方式
下面结合附图分别以Ti55531钛合金板状和棒状试样为例，对利用脉冲电源制备梯度组织结构的具体实施做进一步的详细说明。所述的试样为高强Ti55531钛合金试样，其名义成分为Ti-5Mo-5Cr-5V-3Al-1Zr，该合金相变点温度为830±5℃。
具体按照以下步骤实施：
步骤1：利用电火花线切割制备板状或棒状试样，并对试样表面进行预处理；首先利用金相砂纸对棒状或板状Ti55531钛合金试样表面打磨，先粗磨后细磨，去除机加工痕迹；随后利用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭试样，并干燥备用。
步骤2：将待热处理试样与脉冲电源的正负极相连，并放入手套箱；脉冲电源正负极采用铜板，尺寸为35×60×3mm，利用铜板将待加热试样进行夹持固定。另外，可以通过调整夹持位置，而调节待加热的区域，实现加热区域的可控调节。
步骤3：对手套箱进行抽真空处理；采用型号为ZXZ-2型旋片式真空泵抽真空，真空度为5KPa。
步骤4：对手套箱通入氩气气氛，保护待热处理的试样，防止被氧化；所述氩气纯度99.99％，保持一直通入氩气，气压在70KPa。
步骤5：接通脉冲电源，调整脉冲电流，脉冲电压和脉冲频率，对试样进行电阻加热；脉冲电流为60-70A，脉冲电压为50-60V，脉冲频率为350-500Hz，升温时间为30秒-1分钟。在试样通电的中间部位产生最高的温度，从中间向两边温度依次降低，形成温度梯度，其中最高温度控制在900℃-1000℃之间，即高于相变点80-170℃。
步骤6：加热一定时间后，切断脉冲电源，使试样冷却，最终在室温条件下获得梯度组织结构。加热后的保温时间为3-10分钟，冷却方式为空冷。
实施例1
(1)选取长度约65mm的Ti55531钛合金板状试样，利用金相砂纸对钛合金试样表面打磨，打磨至1000目；随后利用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭试样，并干燥备用，如示意图1所示；
(2)将板状试样与脉冲电源的正负铜板电极相连，并放入手套箱；
(3)对手套箱进行抽真空处理，真空度为5KPa，随后在手套箱中充入氩气气氛，气压在70KPa，防止试样被氧化；
(4)接通电源，打开脉冲电源开关，调节脉冲电压为50V，脉冲电流为61A，脉冲频率为450Hz。升温时间1分钟，并利用红外测温仪测试实时温度，在980℃保温10分钟，随后空冷至室温；
(5)将脉冲电流加热处理后的板状试样经过粗磨、细磨和电解抛光后，利用HF:HNO3:H2O按照1:2:5的混合溶液进行腐蚀，得到板状试样的金相组织形貌，可以观察到，图中出现明显的三个区域，分别为A、B和C区域，如示意图2所示；
(6)A、B和C区域分别为原始等轴组织结构、过渡区组织结构和全片层组织结构，如图3所示。说明利用脉冲电源对Ti55531钛合金板材的局部加热，可以成功制备出等轴组织+梯度过渡组织+全片层组织的组织类型，并且实现中间组织形貌的梯度渐变。
实施例2
(1)选取长度约65mm的Ti55531钛合金棒状试样，利用金相砂纸对钛合金试样表面打磨，打磨至1000目；随后利用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭试样，并干燥备用，如示意图4所示；
(2)将试样与脉冲电源的正负铜板电极相连，并放入手套箱；
(3)对手套箱进行抽真空处理，真空度为5KPa，随后在手套箱中充入氩气气氛，气压在70KPa，防止试样被氧化；
(4)接通电源，打开脉冲电源开关，调节脉冲电压为60V，脉冲电流为68A，脉冲频率为500Hz。升温时间1分钟，并利用红外测温仪测试实时温度，在1000℃保温10分钟，随后空冷至室温；
(5)将脉冲电流加热处理后的棒状试样沿着横向剖开，经过粗磨、细磨和电解抛光后，利用HF:HNO3:H2O按照1:2:5的混合溶液进行腐蚀，得到金相组织形貌，可以观察到，图中出现明显的三个区域，分别为A、B和C区域，如示意图5所示；
(6)A、B和C区域分别为全片层组织结构、过渡区组织结构和原始等轴组织结构，如图6所示。说明利用脉冲电源对Ti55531钛合金板材的局部加热，可以成功制备出等轴组织+梯度过渡组织+全片层组织的组织类型，并且实现中间组织形貌的梯度渐变。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种制备高强Ti55531钛合金梯度组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用电火花线切割制备棒状试样或者板状试样，并对棒状或板状试样表面进行预处理；具体过程为：利用金相砂纸对棒状或板状Ti55531钛合金试样表面打磨，先粗磨后细磨，去除机加工痕迹；随后利用无水乙醇润湿脱脂棉擦拭试样，并干燥备用；所述试样为高强Ti55531钛合金试样，其名义成分为Ti-5Mo-5Cr-5V-3A1-1Zr，采用金相法测得合金相变点为830±5℃；
步骤2：将试样与脉冲电源正负极相连，并放入手套箱；具体方法为：脉冲电源正负极采用铜板，尺寸为35×60×3mm，利用铜板将待加热试样进行夹持固定，可以通过调整夹持位置，而调节待加热的区域，实现加热区域的可控调节；
步骤3：对手套箱进行抽真空处理：采用型号为ZXZ-2型旋片式真空泵抽真空，真空度为5KPa；
步骤4：对手套箱通入氩气气氛，保护待热处理的试样，防止被氧化，所述氩气纯度99.99％，保持一直通入氩气，气压保持在70KPa；
步骤5：接通脉冲电源，调整脉冲电流，脉冲电压和脉冲频率，对试样进行电阻加热：所述的脉冲电流为60-70A，脉冲电压为50-60V，脉冲频率为350-500Hz，升温时间为30秒-1分钟；利用电阻加热形成温度梯度：在试样通电的中间部位产生最高的温度，从中间向两边温度依次降低，形成温度梯度，其中最高温度控制在900℃-1000℃之间，即高于相变点80-170℃；
步骤6：加热保温一定时间后，切断脉冲电源，使试样冷却，所述的加热后的保温时间为3-10分钟，冷却方式为空冷，最终在室温条件下获得梯度组织结构。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112941280A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 武汉理工大学 采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法
CN113358693A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 西北有色金属研究院 一种钛合金β转变温度的测试方法
CN113832422A (zh) * 2021-09-26 2021-12-24 华中科技大学 一种具有不同微观组织分布的钛合金零件及其制备方法
CN114277328A (zh) * 2021-12-21 2022-04-05 重庆大学 一种基于涡流的功能性梯度材料制备设备和方法
CN114351067A (zh) * 2022-01-11 2022-04-15 西安理工大学 一种显著提高双组织钛合金强塑性的方法
CN114990460A (zh) * 2022-05-27 2022-09-02 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种脉冲电流提升高强钛合金螺栓塑性的方法
CN115537695A (zh) * 2022-11-11 2022-12-30 贵州大学 一种具有纳米孪晶组织的tb8钛合金的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5394622A (en) * 1993-06-15 1995-03-07 Xerox Corporation Method and apparatus for a mechanical dryer for drying thick polymer layers on a substrate
KR20110122393A (ko) * 2010-05-04 2011-11-10 동아대학교 산학협력단 형상기억합금용 복사식 비례제어 열처리장치
CN104451090A (zh) * 2014-11-19 2015-03-25 中南大学 一种材料连续温度梯度热处理方法
CN106391882A (zh) * 2016-10-27 2017-02-15 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于自阻加热性能梯度热冲压件的加工方法
CN109797273A (zh) * 2019-04-02 2019-05-24 西北工业大学 一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5394622A (en) * 1993-06-15 1995-03-07 Xerox Corporation Method and apparatus for a mechanical dryer for drying thick polymer layers on a substrate
KR20110122393A (ko) * 2010-05-04 2011-11-10 동아대학교 산학협력단 형상기억합금용 복사식 비례제어 열처리장치
CN104451090A (zh) * 2014-11-19 2015-03-25 中南大学 一种材料连续温度梯度热处理方法
CN106391882A (zh) * 2016-10-27 2017-02-15 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于自阻加热性能梯度热冲压件的加工方法
CN109797273A (zh) * 2019-04-02 2019-05-24 西北工业大学 一种棒状材料梯度热处理装置及热处理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马炳东: "脉冲电流对高强度钢组织与力学性能的影响及数值模拟分析", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112941280A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 武汉理工大学 采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法
CN112941280B (zh) * 2021-01-29 2022-09-02 武汉理工大学 采用脉冲电流原位制备软硬复合金属材料的方法
CN113358693A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 西北有色金属研究院 一种钛合金β转变温度的测试方法
CN113358693B (zh) * 2021-06-02 2024-03-22 西北有色金属研究院 一种钛合金β转变温度的测试方法
CN113832422A (zh) * 2021-09-26 2021-12-24 华中科技大学 一种具有不同微观组织分布的钛合金零件及其制备方法
CN114277328A (zh) * 2021-12-21 2022-04-05 重庆大学 一种基于涡流的功能性梯度材料制备设备和方法
CN114277328B (zh) * 2021-12-21 2022-06-03 重庆大学 一种基于涡流的功能性梯度材料制备设备和方法
CN114351067A (zh) * 2022-01-11 2022-04-15 西安理工大学 一种显著提高双组织钛合金强塑性的方法
CN114351067B (zh) * 2022-01-11 2023-02-10 西安理工大学 一种显著提高双组织钛合金强塑性的方法
CN114990460A (zh) * 2022-05-27 2022-09-02 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种脉冲电流提升高强钛合金螺栓塑性的方法
CN115537695A (zh) * 2022-11-11 2022-12-30 贵州大学 一种具有纳米孪晶组织的tb8钛合金的制备方法

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