CN112941441A - 脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，包括以下步骤：S1)将轧制钛合金试样与电极接触的外表面打磨光滑，并将两个电极分别与轧制钛合金试样两个端面的局部位置接触，且使两个电极处于一条直线上；S2)通过两个电极向轧制钛合金试样两端施加脉冲电流，按照设定的脉冲电流参数完成单次改性过程；S3)按照一定的间距沿着端面的长度方向，同时改变端面上电极的位置，重复进行改性过程。本发明通过电脉冲能量技术有效改善了固态金属材料的微观织构状态。

Description

脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法
技术领域
本发明涉及固态金属材料改性技术领域，尤其涉及一种脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法。
背景技术
金属材料中，织构现象的存在具有普遍性，外界的温度场、电磁场、应变场以及晶体内部的各向异性等因素，都会导致产生织构，工业上常见的织构有铸造织构、形变织构、再结晶织构和相变织构等。其中对形变织构和再结晶织构研究较多。金属和合金材料经过锻造、轧制、挤压、拉丝等加工，产生的形变织构在进一步的热处理过程中会得到明显改善，但实际上，在局部区域，仍然存在微区织构分布的不均匀，在显微组织无明显差异的情况下，织构是影响金属和合金不同位置处性能的一个主要影响因素，容易导致金属材料出现早期破坏，最终影响金属和合金的疲劳性能。针对航空航天、海洋油气、冶金掘进、汽车船舶等不同领域中的轻量级或高性能金属材料，这种由于材料微区织构分布不均所引起的潜在危机已引起人们的注意。
为了改善金属材料内部微区织构分布不均的问题，优化金属材料的综合性能，迫切需要开发一种新型金属材料改性技术方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用脉冲电流调控微区织构，对固态金属材料进行改性的方法。
本发明所采用的技术方案是：
提供一种脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，包括以下步骤：
S1)将轧制钛合金试样与电极接触的外表面打磨光滑，并将两个电极分别与轧制钛合金试样两个端面的局部位置接触，且使两个电极处于一条直线上；
S2)通过两个电极向轧制钛合金试样两端施加脉冲电流，按照设定的脉冲电流参数完成单次改性过程；施加的脉冲电流峰值电流密度J＝j*(b/a),其中j为脉冲电流的峰值电流，a为端面的长度，b为端面的宽度；
S3)按照一定的间距s沿着端面的长度方向，同时改变端面上电极的位置，重复进行改性过程。
接上述技术方案，两个端面为与钛合金轧制方向一致的两个端面。
接上述技术方案，电极宽度m＝0.05×a，电极长度n＝b。
接上述技术方案，电极置于端面某一局部位置时与端面完全接触。
接上述技术方案，改性过程中，始终控制端面温度在50℃以下。
接上述技术方案，间距s取值为s＝0.1×a，其中a表示两个端面的宽度大小。
接上述技术方案，j的取值范围为100～5000A/cm2，脉冲频率范围取值为1～400Hz，脉冲占空比范围取值为0～60％，脉冲数范围取值为0～10。
本发明产生的有益效果是：本发明的脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，通过控制脉冲电流参数进行局部织构调控，实现调整钛合金物理性质、力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能等，达到提高金属材料综合性能的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法的流程图；
图2是本发明实施例TC11试件经脉冲电流改性前局部织构金相图；
图3是本发明实施例TC11试件经脉冲电流改性后局部织构金相图；
图4是本发明实施例TC11试件经脉冲电流改性前局部织构放大图；
图5是本发明实施例TC11试件经脉冲电流改性后局部织构放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
对于大部分金属材料，晶体内部晶体微粒之间的关系可看作简单的质量-弹簧二阶共振系统，该系统中各单元均处于平衡位置，当脉冲电流作用于变形金属材料时，电子发生振荡，引起微观缺陷或介观缺陷(如位错、空位等)微动，在周期性的外力作用下，各质量单元开始离开原来平衡位置不断发生振荡，在一些特殊的局部区域，如具有一定取向的局部织构，振荡会不断加强，能量不断累积放大，对织构产生一定的扰动，从而达到调控局部织构的目的。本发明在分析钛合金形变织构演变过程的基础上，通过控制脉冲电流参数进行局部织构调控，实现调整钛合金物理性质、力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能等，达到提高金属材料综合性能的目的。
实施例1
如图1所示，本发明实施例的脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，包括以下步骤：
S1)改性前，将轧制钛合金试样与电极接触的外表面打磨光滑，将钛合金板置于脉冲电流发生装置之中，并将两个电极分别与轧制钛合金试样两个端面P1、P2的局部位置接触，同时，保证两个电极处于一条直线上；
S2)当电极置于某一局部位置时，采用脉冲电流发生装置对热轧态钛合金板进行改性处理，向热轧态钛合金板施加脉冲电流；施加的脉冲电流峰值电流密度J＝j*(b/a),其中j为脉冲电流的峰值电流，a为端面的长度，b为端面的宽度；
S3)按照一定的间距s沿着端面P1、P2的长度方向同时改变端面上电极的位置(保证两个电极处于一条直线上)，对热轧态钛合金板进行改性处理，向热轧态钛合金板施加相同参数的脉冲电流；
S4)重复上述步骤S3)，改变两个端面P1、P2上的电极位置对热轧态钛合金板进行改性处理，直至将轧制钛合金试样的两个端面P1、P2改性完成。
步骤S1)中的端面P1、P2为与钛合金轧制方向的一致的两个端面，此时效果更明显。
步骤S1)中所使用的电极宽度m＝0.05×a，其中a表示端面P1、P2的长度大小。
步骤S2)中电极置于某一局部位置时必须与端面P1、P2完全接触，便于将脉冲电流改性过程中接触电阻所造成的温升控制在50℃以下。
步骤S2)和S3)中所采用的脉冲电流密度j取值为100～5000A/cm2，脉冲频率ω范围取值为1～400Hz，脉冲占空比范围取值为0～60％，脉冲数n范围取值为0～10。
步骤S3)的间距s取值为s＝0.1×a。
本发明通过电脉冲改善固态金属材料的微观织构状态。高能流密度的电脉冲以粒子流的能量形式作用于金属材料的局部或全局，在金属材料的局部织构进行耦合，通过控制电脉冲能流密度进行微观织构调整，可实现应力松弛,微观缺陷重新分布,达到改善金属材料物理性质、力学性能、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能目的，同时保证其某些性能提高的同时不会导致其他原有性能的降低。
实施例2
以轧制TC11钛合金为例，脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，包括如下步骤：
S1)改性前，将轧制TC11钛合金试样与电极接触的外表面打磨光滑，将钛合金板置于脉冲电流发生装置之中，并将两个电极分别与热轧态钛合金试样两个端面P1、P2的局部位置接触，同时，保证两个电极处于一条直线上；
S2)当电极置于某一局部位置时，采用脉冲电流发生装置对热轧态TC11钛合金板进行改性处理，向热轧态钛合金板施加脉冲电流；
S3)按照一定的间距s沿着端面P1、P2的长度方向同时改变端面上电极的位置(保证两个电极处于一条直线上)，对热轧态TC11钛合金板进行改性处理，向热轧态钛合金板施加相同参数的脉冲电流；
S4)重复上述步骤S3)，改变两个端面P1、P2上的电极位置对热轧态TC11钛合金板进行改性处理，直至将轧制钛合金试样的两个端面P1、P2改性完成。
如图2-图5所示，为TC11试件经脉冲电流改性前、后局部织构金相图；以及改性前、后局部织构放大图。由图可以看出，改性前织构明显，改性后，明显改善。
以TC11钛合金试件为例，进行脉冲电流改性处理，具体工艺参数如表1所示。
表1脉冲电流处理具体实施工艺参数
Figure BDA0002922588610000061
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)

1.一种脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)将轧制钛合金试样与电极接触的外表面打磨光滑，并将两个电极分别与轧制钛合金试样两个端面的局部位置接触，且使两个电极处于一条直线上；
S2)通过两个电极向轧制钛合金试样两端施加脉冲电流，按照设定的脉冲电流参数完成单次改性过程；施加的脉冲电流峰值电流密度J＝j*(b/a),其中j为脉冲电流的峰值电流，a为端面的长度，b为端面的宽度；
S3)按照一定的间距s沿着端面的长度方向，同时改变端面上电极的位置，重复进行改性过程。
2.根据权利要求1所述的脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，其特征在于，两个端面为与钛合金轧制方向一致的两个端面。
3.根据权利要求1所述的脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，其特征在于，电极宽度m＝0.05×a，电极长度n＝b。
4.根据权利要求1所述的脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，其特征在于，电极置于端面某一局部位置时与端面完全接触。
5.根据权利要求1所述脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法的，其特征在于，改性过程中，始终控制端面温度在50℃以下。
6.根据权利要求1所述的脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，其特征在于，间距s取值为s＝0.1×a，其中a表示两个端面的宽度大小。
7.根据权利要求1所述的脉冲电流调控轧制钛合金局部织构的方法，其特征在于，j的取值范围为100～5000A/cm2，脉冲频率范围取值为1～400Hz，脉冲占空比范围取值为0～60％，脉冲数范围取值为0～10。
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