本發(fā)明屬于鈦合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

鈦及其合金已被廣泛用于航空、航天、冶金、化工、石油、醫(yī)藥等領(lǐng)域，因其具有高比強(qiáng)度、低密度、耐高溫、耐低溫、耐腐蝕等優(yōu)良特性，被認(rèn)為是最有前途的金屬材料。常見鈦合金的相結(jié)構(gòu)主要包含α相(密排六方晶體結(jié)構(gòu))和β相(體心立方晶體結(jié)構(gòu))，由于α相和β相為不同的晶體結(jié)構(gòu)，因此兩者在鈦合金力學(xué)性能貢獻(xiàn)方面也不同，α相主要貢獻(xiàn)鈦合金強(qiáng)度和脆性，β相主要貢獻(xiàn)鈦合金的塑性。不同種類鈦合金中α相和β相的含量和形貌不同，不同含量和形貌的α和β相直接影響鈦合金的力學(xué)性能，因此，鈦合金中相組織分布和相界面的調(diào)控對其力學(xué)性能影響至關(guān)重要。

目前調(diào)整鈦合金α/β相界面狀態(tài)的常規(guī)方法是熱處理，但熱處理主要針對整個(gè)樣品，不能針對局部相界面狀態(tài)，而且熱處理過程時(shí)間長，能耗高，有時(shí)候還需要高溫、高壓、真空等特定條件，實(shí)際能量利用效率低。因此，利用新處理方法或新工藝有針對性的調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)，對改善鈦合金的力學(xué)性能具有重要理論指導(dǎo)和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)方法，該方法通過脈沖電流沖擊調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)，耗時(shí)低、效率高，并且能夠通過脈沖電流沖擊前后α/β相界面狀態(tài)來觀察驗(yàn)證改變效果，室溫下即可操作。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)方法，包括步驟：

s1、加工鈦合金實(shí)驗(yàn)樣品成圓柱狀，將一部分樣品兩端加持電極并進(jìn)行脈沖電流沖擊處理、另一部分樣品不作脈沖電流沖擊處理；

s2、將樣品沿中線切割開并處理切割面得到可用于金相觀察的樣品；

s3、利用掃描電鏡在高倍下觀察進(jìn)行脈沖電流沖擊處理和不作脈沖電流沖擊處理的鈦合金α、β兩相形貌及α/β相界面的變化，對比得到進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后鈦合金α/β相界面演化規(guī)律；

s4、通過脈沖電流沖擊的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用機(jī)制來分析進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后鈦合金α/β相界面狀態(tài)變化，從而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

在步驟s1中，鈦合金實(shí)驗(yàn)樣品原料為棒狀，通過線切割加工成圓柱狀。

在步驟s1中，進(jìn)行脈沖電流沖擊處理前，去除樣品表面氧化層，脈沖電流沖擊處理后，待樣品冷卻，再去除樣品表面氧化層后，將樣品沿中線切割開。

在步驟s2中，樣品沿中線切割后，對切割面依次進(jìn)行熱鑲嵌、表面砂紙水磨、表面拋光液拋光和酒精超聲清洗得到可用于金相觀察的樣品。

進(jìn)一步地，表面砂紙水磨時(shí)依次用240#、600#、1200#、4000#的砂紙打磨。

進(jìn)一步地，表面拋光液拋光時(shí)用ops拋光液進(jìn)行拋光。

在步驟s3中，掃描電鏡觀察的位置包括鈦合金中心位置和邊緣位置。

本發(fā)明的有益效果是：

該方法通過脈沖電流沖擊調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)，耗時(shí)低、效率高，并且能夠通過脈沖電流沖擊前后α/β相界面狀態(tài)來觀察驗(yàn)證改變效果，室溫下即可操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行脈沖電流沖擊處理和不作脈沖電流沖擊處理的鈦合金α、β兩相形貌及其α/β相界面變化的sem(掃描電鏡)圖，其中，(a)為不作脈沖電流沖擊處理的鈦合金邊緣位置、(b)為進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后的鈦合金邊緣位置、(c)為不作脈沖電流沖擊處理的鈦合金中心位置、(d)為進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后的鈦合金中心位置，鈦合金針狀二次α相用橢圓等效表示，鈦合金初生α/β相界面和部分針狀二次α/β相界面已用黑色虛線標(biāo)出。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行脈沖電流沖擊處理時(shí)熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)對鈦合金針狀二次α相的作用機(jī)制原理圖，其中(a)表示熱效應(yīng)、(b)表示非熱效應(yīng)，鈦合金針狀二次α相用橢圓等效表示。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行脈沖電流沖擊處理和不作脈沖電流沖擊處理的鈦合金α/β相界面的變化示意圖，其中(a)為不作脈沖電流沖擊處理、(b)脈沖電流沖擊處理后，圖中上部為鈦合金中心、下部為樣品邊緣，鈦合金針狀二次α相用橢圓等效表示，鈦合金初生α/β相界面和部分針狀二次α/β相界面已用黑色虛線標(biāo)出。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

以鈦合金tc11(ti-6.5al-3.5mo-1.5zr-0.3si)為例，進(jìn)行調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)，包括步驟：

s1、對棒狀tc11樣品線切割加工成直徑5mm、高度10mm的圓柱體樣品，將一部分樣品兩端加持電極并進(jìn)行脈沖電流沖擊處理、另一部分樣品不作脈沖電流沖擊處理，進(jìn)行脈沖電流沖擊處理前，(通過砂紙打磨)去除樣品表面氧化層，進(jìn)行脈沖電流沖擊處理時(shí)，設(shè)定電流值70a、作用時(shí)間0.08s，脈沖電流沖擊處理后，待樣品冷卻，再(通過細(xì)砂紙打磨)去除樣品表面氧化層。

s2、將樣品沿中線切割開，對切割面依次進(jìn)行熱鑲嵌、表面砂紙水磨(依次用240#、600#、1200#、4000#的砂紙打磨)、表面拋光液拋光(用ops拋光液)和酒精超聲清洗得到可用于金相觀察的樣品。

s3、利用掃描電鏡在高倍下觀察進(jìn)行脈沖電流沖擊處理和不作脈沖電流沖擊處理的鈦合金α、β兩相形貌及α/β相界面的變化，對比得到進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后鈦合金α/β相界面演化規(guī)律：所圖1所示，從圖1中(a)和(c)可知，鈦合金由初生α相、β相和針狀二次α相組成，可以發(fā)現(xiàn)鈦合金初生α/β相界面鋸齒狀形貌較多，界面不夠平滑，主要由于鈦合金針狀二次α析出相的尖端形貌所致，如果鈦合金針狀二次α相的尖端恰好分布在鈦合金初生α/β相界面上，這樣會(huì)導(dǎo)致鈦合金初生α/β相界面受到擠壓出現(xiàn)鋸齒狀形貌，對比圖1中(a)和(c)、圖1中(b)和(d)可知，脈沖電流沖擊處理后鈦合金初生α/β相界面中鋸齒狀形貌明顯減少，界面平滑度增加，尤其是在圖1(d)中，鈦合金初生α/β相界面和針狀二次α/β相界面都變得平滑，且鈦合金針狀二次α/β相界面由長徑比較大的橢圓形狀變成長徑比較小的橢圓或者接近圓形，主要與鈦合金針狀二次α相向β相的相轉(zhuǎn)變有關(guān)，具體分析如圖2所示。

s4、通過脈沖電流沖擊的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用機(jī)制來分析進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后鈦合金α/β相界面狀態(tài)變化：脈沖電流沖擊處理在極短時(shí)間內(nèi)形成的能量集中導(dǎo)致鈦合金針狀二次α相兩端出現(xiàn)元素?cái)U(kuò)散而發(fā)生局部相變，其相變影響因素包含脈沖電流沖擊處理引起的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，如圖2所示，熱效應(yīng)機(jī)制：鈦合金針狀二次α相尖端在脈沖電流沖擊作用下瞬時(shí)達(dá)到相變點(diǎn)，α尖端先相變轉(zhuǎn)化為熔融β并快速冷卻，使得鈦合金初生α/β相界面的鋸齒狀部分變得平滑(見如圖2(a))；非熱效應(yīng)機(jī)制：鈦合金針狀二次α相尖端和邊緣的超高電流引起的“電子風(fēng)力”和“繞流效應(yīng)”能加快原子擴(kuò)散速率，促進(jìn)局部相變，加快鈦合金初生α/β相界面的鋸齒狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠交瑘A弧狀(如圖2(b))，因?yàn)殁伜辖穰梁挺聝上嗟碾妼?dǎo)率和熱導(dǎo)率的不同，在短時(shí)間高電流的沖擊作用下表現(xiàn)出差異，而常規(guī)熱處理和電處理由于作用時(shí)間長，熱量分布和傳遞均勻，鈦合金α和β相的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的較小差距體現(xiàn)不明顯，脈沖電流沖擊處理前后鈦合金α/β相界面變化示意圖如圖3所示，圖3(a)可知未處理時(shí)鈦合金初生α/β相界面處于鋸齒形狀，圖3(b)可知脈沖電流沖擊處理后鈦合金初生α/β相界面處于平滑狀態(tài)。

s5、得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對比圖1(b)和(d)可以發(fā)現(xiàn)，脈沖電流沖擊處理后鈦合金邊緣處的初生α/β相界面平滑程度不如鈦合金中心，主要是因?yàn)殁伜辖疬吘壣峥?，鈦合金針狀二次α向β相轉(zhuǎn)變程度要小于鈦合金中心，導(dǎo)致鈦合金邊緣的針狀二次α相還有部分兩尖端變化不明顯，出現(xiàn)鈦合金邊緣初生α/β相界面平滑程度不如鈦合金中心的現(xiàn)象，且鈦合金邊緣遺留下來的針狀二次α相要多于鈦合金中心位置，上述實(shí)施例表明脈沖電流沖擊處理這種方法可以快速改變?chǔ)?β局部相界面狀態(tài)，耗時(shí)低、效率高，并且能夠通過脈沖電流沖擊前后α/β相界面狀態(tài)來觀察驗(yàn)證改變效果，室溫下即可操作。

本方法還適用于其它鈦合金α/β相界面狀態(tài)的改變技術(shù)，其方法與上述實(shí)例相同，效果也相同，在此不逐一列舉。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)方法，加工鈦合金實(shí)驗(yàn)樣品成圓柱狀，將一部分樣品兩端加持電極并進(jìn)行脈沖電流沖擊處理、另一部分樣品不作脈沖電流沖擊處理；將樣品沿中線切割開并處理切割面得到可用于金相觀察的樣品；利用掃描電鏡在高倍下觀察進(jìn)行脈沖電流沖擊處理和不作脈沖電流沖擊處理的鈦合金α、β兩相形貌及α/β相界面的變化，對比得到進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后鈦合金α/β相界面演化規(guī)律；通過脈沖電流沖擊的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用機(jī)制來分析進(jìn)行脈沖電流沖擊處理后鈦合金α/β相界面狀態(tài)變化，從而得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。該方法通過脈沖電流沖擊調(diào)整鈦合金α/β相界面局部狀態(tài)，耗時(shí)低、效率高，能夠觀察驗(yàn)證改變效果。

技術(shù)研發(fā)人員：華林;謝樂春

受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2019.07.16

技術(shù)公布日：2019.11.08