一种航天非金属基复合材料结构连接用Ti-V-Al轻质记忆合金功能化处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天复合材料技术领域，尤其涉及一种航天非金属基复合材料结构连接用T1-V-Al轻质记忆合金功能化处理方法。
【背景技术】
[0002]航空航天工业发展中，设计师一直致力于飞行器质量的轻量化。现代非金属基复合材料具有高的比刚度和比强度，已成为现代飞行器首选结构材料之一。飞行器的结构减重可带来极其可观的收益。例如，对一枚小型洲际导弹弹头，减重lKg，在有效载荷不变的情况下射程将增加15km。对于国际通信卫星V号而言，其中心承力筒铝合金改为复合材料结构，可减重9kg，仅此一项可使卫星增加2000条通信线路，运行期间可增加盈利3000万美元，相当于330万美元的收益。
[0003]形状记忆合金是一类具有形状记忆效应和超弹性的结构功能一体化材料，在航空航天领域有着广泛的应用，其中最为成功的应用是作为连接件，包括管接头和紧固铆钉等。利用其形状记忆特性，可以实现非金属基复合材料的均载连接，避免冲击振动引起构件破坏。目前记忆合金连接件常用的是TiNi合金，其具有大完全可逆应变(约8 % )。但是TiNi合金的密度较大(约6.9g/cm3)，大量应用将显著降低火箭的有效载荷。随着航天领域对结构减重的迫切需求，开发具有大完全可逆应变特性的新型复合材料连接用轻质记忆合金已成为相关领域研宄热点。
[0004]T1-V-Al合金是一种轻质记忆合金，其密度仅为4.5g/cm3，与纯钛相当，在航空航天领域具有广泛的应用前景。但是其形状记忆效应与TiNi合金相比还有较大差距，其完全可逆应变仅为3%，无法达到连接件的使用要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决T1-V-Al合金的形状记忆效应较低的问题，提出了一种提高其形状记忆效应的热机械处理方法。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]本发明的提高复合材料结构连接用T1-V-Al轻质记忆合金的功能化处理方法的具体步骤如下:
[0008](I) T1-V-Al合金以高纯钛、V和Al为原料，采用非自耗电弧熔炼炉熔炼，在真空下以氩气保护状态下制备；
[0009](2)步骤(I)熔炼后的铸锭经机械抛光去除表面杂质，将铸锭在600°C -1200°C下真空保温2?24小时以实现合金成分均匀化，然后快速淬入冰盐水中，以形成热弹性马氏体；
[0010](3)将热处理后的铸锭在800°C -900°c下保温20_40min后热轧，每次下轧量为10%，之后重新回炉保温5分钟，之后再继续热轧，当板材厚度为4mm时停止热轧；
[0011](4)将热轧后的板材在800-1000°C下保温半小时后，快速淬入冰盐水中以获得马氏体，用砂轮将热轧造成的表面缺陷打磨干净；
[0012](5)将热轧后的板材进行冷轧，每次下轧量为2%，每道次轧制后用砂轮将冷轧造成的裂纹和表面缺陷打磨干净，冷轧至1.6mm时停止，总变形量为60% ；
[0013](6)将冷轧后的板材进行线切割后，封入真空度10_4?10 _5Torr的石英管中，放入热处理炉中进行退火处理，退火温度为650°C -SOO0C，时间为0.5小时，获得处理后的马氏体。
[0014]所述的T1-V-Al轻质记忆合金为T1-13V-3Al合金，其中Ti的原子个数比为84%，V的原子个数比为13%，Al的原子个数比为3%。
[0015]步骤(I)中，原料高纯钛、V、和A的纯度为99.99wt.%。
[0016]步骤(I)中，真空熔炼的真空度为lX10_4Pa?lX10_5Pa。。
[0017]步骤(I)中，熔炼过程中，为保证合金成分的均匀性，每个铸锭被反复翻转熔炼六次并加以磁力搅拌。
[0018]步骤(2)中，优选将铸锭在900°C下真空保温2小时以实现合金成分均匀化。
[0019]步骤(3)中，优选热处理后的铸锭在850°C下保温30min。
[0020]步骤(4)中，优选热轧后的板材在900°C下保温。
[0021]步骤(6)中，优选退火温度为700 °C。
[0022]本发明的积极效果如下:
[0023]本发明通过一种新的热机械处理方法对非自耗电弧熔炼的T1-V-Al合金进行处理，大幅提高其形状记忆效应，其完全可逆应变达到7.5%，是除TiNi合金外的最高值。此夕卜，该合金密度为4.53g/cm3,低于密度为6.9g/cm3的TiNi合金。经过热机械处理后的T1-V-Al合金是一种在航空航天领域极具潜力的复合材料结构连接用轻质记忆合金。
【附图说明】
[0024]图1为变形量为6%时不同退火温度T1-13V_3A1合金的室温加载-卸载曲线；
[0025]图中，1-退火温度650°C、2-退火温度900°C、3-退火温度700°C、4_退火温度750 °C、5-退火温度 800 °C。
[0026]图2为变形量为7.5%时700°C退火0.5小时Ti_13V_3Al合金的室温加载-卸载曲线。
[0027]由图2可以看出，本发明的方法处理后的马氏体在7.5%变形后变形可以完全恢复，没有残余应变。
【具体实施方式】
[0028]下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
[0029]【具体实施方式】一:
[0030]本实施方式中T1-V-Al合金由Ti，V和Al三种元素构成，其中Ti的原子个数比为84%, V的原子个数比为13%，Al的原子个数比为3%。
[0031]本实施方式中T1-13V-3Al合金是采用纯度为99.95wt.%的海绵钛、99.99wt.%的V、99.99wt.%的Al为原料，采用非自耗电弧熔炼炉熔炼，在真空抽至5X 10_3Pa后制备。为保证合金成分的均匀性，每个铸锭被反复翻转熔炼六次并加以磁力搅拌。
[0032]熔炼后的铸锭经机械抛光去除表面杂质后重量约为60g。将铸锭在900°C下真空保温2小时以实现合金成分均匀化，然后淬入水中，以形成热弹性马氏体。
[0033]将热处理后的铸锭在850°C下保温半小时后热轧，每次下轧量为10%，之后重新回炉保温五分钟，之后再继续热轧。当板材厚度为4mm时停止热轧。
[0034]将热轧后的板材在900°C下保温半小时后淬入水中以获得马氏体。用砂轮将热轧造成的表面缺陷打磨干净。