CN111482608A - 提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，通过激光增材制造技术成型钛合金薄壁样品，去除表面氧化层；在常温下，将钛合金薄壁样品放置于电冲击处理设备两电极之间，设置电流大小和作用时间后对钛合金薄壁样品进行电冲击处理，待钛合金薄壁样品冷却至室温；将钛合金薄壁样品制成金相试样，对金相试样进行表面处理后，通过显微硬度仪测试分析电冲击处理前后钛合金薄壁样品的硬度变化并得出实验结论。该方法可以在常温下实施，采用电冲击进行处理，处理方法简捷耗时短，实验结果表明电冲击处理方法可以提高增材制造钛合金薄壁件的硬度，对增材制造钛合金的性能改善提供了新方法。

Description

提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法
技术领域
本发明属于钛合金材料领域，具体涉及一种提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点，在航空航天、船舶等领域广泛应用。传统的铸造方法制造钛合金构件，存在着生产周期长、工艺复杂、材料利用率低等缺点。增材制造是一种新型的制造技术，通过激光熔化粉末逐层堆积可以直接成型复杂结构的零部件。相比于传统的铸造锻造技术，增材制造可以提高材料的利用率，不仅加工过程简单快速，同时也可以获得传统制造技术无法制造的复杂构件。
在实际应用中，为了适应不同环境的应用，往往需要体现钛合金不同方面的性能。在一些特定工况下，对于使用的钛合金在硬度方面有一定的需求，为此有学者研究了一些提高钛合金硬度的方法，如固溶处理、离子注入处理、超声处理等方法，从而使其硬度能够达到特殊的使用标准。而且，增材制造成型钛合金在硬度改善方面主要依赖热处理。
以上这些处理方法在一定程度上能够提高钛合金硬度，但是过程一般较复杂，耗时长，需要高温、高压、真空等特定条件。因此，开发一种在常温下能快速提高钛合金硬度的新的实验方法，对于指导钛合金在实际中的应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，该方法可以在常温下实施，采用电冲击进行处理，处理方法简捷耗时短，实验结果表明电冲击处理方法可以提高增材制造钛合金薄壁件的硬度，对增材制造钛合金的性能改善提供了新方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，包括步骤：
S1.通过激光增材制造技术成型钛合金薄壁样品，去除表面氧化层；
S2.在常温下，将钛合金薄壁样品放置于电冲击处理设备两电极之间，设置电流大小和作用时间后对钛合金薄壁样品进行电冲击处理，待钛合金薄壁样品冷却至室温；
S3.将钛合金薄壁样品制成金相试样，对金相试样进行表面处理后，通过显微硬度仪测试分析电冲击处理前后钛合金薄壁样品的硬度变化并得出实验结论。
在步骤S1中，用砂纸将钛合金薄壁样品的上下表面打磨，从而去除表面氧化层。
在步骤S3中，采用热镶嵌法制得金相试样。
在步骤S3中，表面处理包括依次进行的打磨、抛光和超声清洗。
进一步地，打磨时，使用不同型号的砂纸，由粗到细依次进行打磨。
进一步地，抛光时，利用OPS抛光液进行抛光。
进一步地，超声清洗时，利用酒精溶液进行超声清洗。
在步骤S3中，显微硬度仪在钛合金薄壁样品上的测试位置包括上部、中部和下部三个区域，每个区域都采用相同间隔和排布的点阵，每个区域的硬度值都采用点阵的平均值。
本发明的有益效果是：
该方法可以在常温下实施，采用电冲击进行处理，处理方法简捷耗时短，实验结果表明电冲击处理方法可以提高增材制造钛合金薄壁件的硬度，对增材制造钛合金的性能改善提供了新方法。
附图说明
图1的本发明实施例中硬度测试位置的示意图。
图2是电冲击处理前激光直接成型Ti-55531薄壁样品上中下三个部位硬度分布云图。
图3是电冲击处理后激光直接成型Ti-55531薄壁样品上中下三个部位硬度分布云图。
图4电冲击处理前后激光直接成型Ti-55531薄壁样品平均硬度柱状图。
具体实施方式
下面以材料为例，提供一种方法，包括步骤：
下面以Ti-55531为例，进行提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验，需要说明的是本实施例选用Ti-55531，是为了具体进行实施和验证，也可以选用其它的钛合金。
1)实验准备和过程
利用Ti-55531球形粉末，在激光作用下直接成型尺寸为长10mm，高10mm，厚度为1.5mm的Ti-55531薄壁样品，用砂纸将样品上下表面打磨平整，去除表面氧化层。将样品放置在电冲击处理设备的两电极之间。电冲击处理采用输入电流值为70A，作用时间0.06s。待实验样品冷却，用热镶嵌法制得金相试样，用砂纸从粗到细依次打磨，然后用OPS抛光液抛光，最后用酒精抛光并进行超声清洗。为了消除硬度测试过程中的偶然误差，分别在金相试样的上、中、下区域各选取36个点(6×6矩阵)进行硬度测试(如图1所示)，每两点之间距离设置为0.2mm，设置压力值为500N，保持时间为10s，得到电冲击处理前后样品硬度的分布范围和平均值(如表1所示)。
表1 电冲击处理前后激光直接成型Ti-55531的硬度分布
Figure BDA0002458373640000031
2)实验结果与讨论
以样品上、中、下区域作为测试对象，分析电冲击处理前后样品的硬度变化。根据测量的样品硬度分布数据，得到处理前后样品上、中、下三个部位硬度分布云图(如图2和图3所示)。从表1可知，未处理样品上部区域的平均硬度值为302.84HV，较中部区域308.32HV和下部区域310.17HV偏小，可能原因是激光直接成型过程中，在样品的上、中、下部位形成不同微结构组织，尤其是上部柱状晶的形成会导致样品硬度的降低；另外激光直接成型过程中引入的残余应力也会对硬度测试带来影响。但电冲击处理后样品的上、中、下区域的平均硬度值较均匀，平均硬度值分别为313.60HV、313.92HV、313.02HV，发现电冲击处理可以使样品硬度分布均匀化，可能原因是电冲击处理一定程度改变了激光直接成型微结构，同时优化了材料的残余应力，使得硬度分布均匀。由测试结果统计得到硬度柱状图如图4所示。
得出结论：根据测试结果分析，电冲击处理可以提高增材制造Ti-55531薄壁样品硬度。该方法可以在常温下实施，采用电冲击进行处理，处理方法简捷耗时短，实验结果表明电冲击处理方法可以提高增材制造钛合金薄壁件的硬度，对增材制造钛合金的性能改善提供了新方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，可做出很多改进形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：包括步骤，
S1.通过激光增材制造技术成型钛合金薄壁样品，去除表面氧化层；
S2.在常温下，将钛合金薄壁样品放置于电冲击处理设备两电极之间，设置电流大小和作用时间后对钛合金薄壁样品进行电冲击处理，待钛合金薄壁样品冷却至室温；
S3.将钛合金薄壁样品制成金相试样，对金相试样进行表面处理，确保表面无划痕，通过显微硬度仪测试分析电冲击处理前后钛合金薄壁样品的硬度变化并得出实验结论。
2.如权利要求1所述的提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：在步骤S1中，用砂纸将钛合金薄壁样品的上下表面打磨，去除表面氧化层。
3.如权利要求1所述的提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：在步骤S3中，采用热镶嵌法制得金相试样。
4.如权利要求1所述的提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：在步骤S3中，表面处理包括依次进行的打磨、抛光和超声清洗。
5.如权利要求4所述的提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：打磨时，使用不同型号的砂纸，由粗到细依次进行打磨。
6.如权利要求4所述的提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：抛光时，利用OPS抛光液进行抛光。
7.如权利要求4所述的提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：超声清洗时，利用酒精溶液进行超声清洗。
8.如权利要求1所述的提高增材制造钛合金薄壁件硬度的实验方法，其特征在于：在步骤S3中，显微硬度仪在钛合金薄壁样品上的测试位置包括上部、中部和下部三个区域，每个区域都采用相同间隔和排布的点阵，每个区域的硬度值都采用点阵的平均值。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160318130A1 (en) * 2011-03-31 2016-11-03 Norsk Titanium As Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication
WO2018223117A2 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 California Institute Of Technology High toughness metallic glass-based composites for additive manufacturing
CN109175376A (zh) * 2018-11-07 2019-01-11 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 增材制造钛及钛合金件的后处理方法
CN110161068A (zh) * 2019-05-20 2019-08-23 武汉理工大学 常温下钛合金的快速相变实验方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160318130A1 (en) * 2011-03-31 2016-11-03 Norsk Titanium As Method and arrangement for building metallic objects by solid freeform fabrication
WO2018223117A2 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 California Institute Of Technology High toughness metallic glass-based composites for additive manufacturing
CN109175376A (zh) * 2018-11-07 2019-01-11 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 增材制造钛及钛合金件的后处理方法
CN110161068A (zh) * 2019-05-20 2019-08-23 武汉理工大学 常温下钛合金的快速相变实验方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
乔思凡等: "脉冲电压对阶梯状TC4合金工件组织与性能的影响", 《金属热处理》 *
周影: "复杂形状TC4合金的脉冲电流处理技术及其作用机理", 《国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
国家机械工业委员会: "《金相检验技术基础》", 30 September 1988, 机械工业出版社 *
杨雪慧: "脉冲电流处理及时效处理对TC4钛合金组织及性能的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *
王振廷: "《氩弧熔覆制备金属基复合涂层》", 30 November 2016, 哈尔滨工业大学出版社 *

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