一种tc18和tc21钛合金氧化色检验样块制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钛合金材料的热处理和加工制造技术，特别是TC18和TC21钛合金氧 化色检验样块的制作方法。
【背景技术】
[0002] 受热后钛合金材料与气体的化学活性很强，在高温作用下，钛合金易与大气中的 0、N、H、CO和CO2等物质产生强烈化学反应，生成氧化层，氧化产物不仅会使材料表面精度 急剧下降而且会造成零件力学性能下降。所以在钛合金加工制造和热处理的工艺规范中 都规定加工后零件表面颜色为淡黄色或更浅时为合格，若表面颜色为深黄色、淡紫色、黑紫 色、蓝色或灰色等深于淡黄色的颜色则为不合格。但是，加工后零件表面达到何种颜色一直 以来都是人为主观目视判断，因人而异，没有客观和直观的评判标准。然而零件力学性能的 变化并不是目视所能判断的，这样的判断是否准确，能否保证零件的性能合格，这个问题为 零件交付以后的使用寿命埋下了隐患。
[0003] 为了解决人为目视主观判断TC21和TC18钛合金加工后零件表面颜色不准确的问 题，需要制作TC21和TC18钛合金受热过程的氧化色评判样块，为这两种新合金在加工制造 后的检验提供准确、直观的依据，消除判断失误的隐患。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种TC18和TC21钛合金氧化色检验样块的制 作方法，包括以下步骤：
[0005] 1)将TC21和TC18钛合金的氧化色样块各一套20个在100°C~1000°C加热，具 体加热温度点为：100 °C、150 °C、200 °C、250 °C、300 °C、350 °C、400 °C、450 °C、500 °C、550 °C、 600 °C、650 °C、700 °C、750 °C、800 °C、850 °C、900 °C、950 °C、1000 °C，加热保温时间为：2 小时。 700 °C以下在低温电炉中加热，700 °C以上在高温电炉中进行；加热设备的温度均匀性为 ±5。。；
[0006] 2)对不同温度加热下的TC18各种氧化色对应的试样进行室温拉伸性能、冲击韧 性、断裂韧性、氧化层厚度和金相组织的检测，检测结果数据见下表，对检测结果依据TC18 材料标准和技术条件分别进行比对表中结果，作为判定为合格颜色和不合格颜色的依据， 确定可以合格验收的氧化色及样块，并进行编号；
[0007] TC18钛合金不同温度下氧化后的表面颜色变化样块检测结果
[0008]
[0010] 3)对不同温度加热下的TC21各种氧化色对应的试样进行室温拉伸性能、冲击韧 性、断裂韧性、氧化层厚度和金相组织的检测，其检测结果数据见表，对检测结果依据TC21 材料标准和技术条件分别进行比对表中检测结果，作为判定为合格颜色和不合格颜色的依 据，确定可以合格验收的氧化色及样块，并进行编号。
[0011] TC21钛合金不同温度下氧化后的表面颜色变化样块检测结果
[0014] 制作出了 TC21和TC18钛合金受热过程的氧化色评判样块后，为这两种新合金在 加工制造后的检验提供准确、直观的依据，消除判断失误的隐患。
【具体实施方式】
[0015] -种TC18和TC21钛合金氧化色检验样块的制作方法，包括以下步骤：
[0016] 1)将TC21和TC18钛合金的氧化色样块各一套20个在KKTC~KKKTC加热，具 体加热温度点为：100 °C、150 °C、200 °C、250 °C、300 °C、350 °C、400 °C、450 °C、500 °C、550 °C、 600 °C、650 °C、700 °C、750 °C、800 °C、850 °C、900 °C、950 °C、1000 °C，加热保温时间为：2 小时。 700 °C以下在低温电炉中加热，700 °C以上在高温电炉中进行；加热设备的温度均匀性为 ±5。。；
[0017] 2)对不同温度加热下的TC18各种氧化色对应的试样进行室温拉伸性能、冲击韧 性、断裂韧性、氧化层厚度和金相组织的检测，检测结果数据见下表，对检测结果依据TC18 材料标准和技术条件分别进行比对表中结果，作为判定为合格颜色和不合格颜色的依据， 确定可以合格验收的氧化色及样块，并进行编号；
[0018] TC18钛合金不同温度下氧化后的表面颜色变化样块检测结果
[0021] 3)对不同温度加热下的TC21各种氧化色对应的试样进行室温拉伸性能、冲击韧 性、断裂韧性、氧化层厚度和金相组织的检测，其检测结果数据见表，对检测结果依据TC21 材料标准和技术条件分别进行比对表中检测结果，作为判定为合格颜色和不合格颜色的依 据，确定可以合格验收的氧化色及样块，并进行编号。
[0022] TC21钛合金不同温度下氧化后的表面颜色变化样块检测结果
[0025] 通过上述工艺方法和对其相应的组织、性能检测确定出下列评判结果：
[0026] 1)制作的TC18和TC21钛合金在100~1000°C范围内的氧化色样块，发现合金在 加热氧化之后呈现银白色、金黄色、天蓝色、深灰色等不同程度的彩色氧化膜，氧化膜的颜 色与合金表面氧化物的成分及含量有关。对各种氧化色进行对应的室温拉伸性能、冲击韧 性、断裂韧性、氧化层深度和金相组织的检测，对其结果综合分析作为判定为合格颜色和不 合格颜色的依据。TC18合金12号试样（浅蓝色，650°C )、TC21合金12号试样（锈黄色、 650°C)以后，力学性能不能满足材料标准和技术条件的要求。综合金相显微组织和各项性 能，TC18合金（8号试样，450°C)和TC21合金（7号试样，400°C)出现浅黄色，其以上编号 的氧化色应判断为不合格。
[0027] 2)加热氧化对TC18和TC21合金的显微组织有明显影响。TC18钛合金在650°C 以下加热，显微组织没有明显变化，为细小网篮中分布有少量等轴α的组织，700~800°C 时，等轴α开始溶解，片状α有缩短、增厚的趋势，850°C以上为粗大的原始β晶粒组织， 晶界和晶内有少量片状α相析出；TC21钛合金在800°C以下，显微组织无明显变化，为网篮 组织，800~950°C时，片状α有缩短、增厚的趋势，1000 tC以上为粗大的原始β晶粒组织， 几乎无 α相析出。
[0028] 3)加热氧化对TC18和TC21钛合金的力学性能有明显影响。随着氧化温度升高， TC18和TC21钛合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、冲击韧性和断裂韧性都先 在一定范围内波动，随后急剧下降。TC18钛合金的抗拉强度和屈服强度在加热温度超过 650°C，延伸率、断面收缩率和断裂韧性在加热温度超过800°C，冲击韧性在加热温度超过 850°C出现急剧下降，性能不能满足材料标准和技术条件的要求。TC21钛合金的抗拉强度和 屈服强度在加热温度超过650°C，延伸率、断面收缩率和冲击韧性在加热温度超过850°C， 断裂韧性在加热温度超过900°C时出现显著降低，性能不能满足技术条件要求。
[0029] 4)加热氧化对TC18和TC21钛合金的氧化层厚度和形貌有明显影响。TC18和TC21 钛合金的氧化层厚度随加热温度升高呈慢一快的增长规律，低于700°C时，表面形成很薄的 氧化膜，氧化层厚度变化小，只有几微米，超过800°C以后，氧化层急剧增厚，850°C以上出现 了剥落，900°C以上氧化层很厚。TC18钛合金的氧化层比TC21钛合金厚。
[0030] 5)通过对TC21合金氧化层XRD分析，表明TC21合金表面氧化色的变化与氧化层 中物质成分有关，氧化色的变化主要经历四种色调：黄色、蓝色、褐色、灰色。
【主权项】
1. 一种TC18和TC21钛合金氧化色检验样块制作方法，包括以下步骤： 1) 将TC21和TC18钛合金的氧化色样块各一套20个在100°C~1000°C加热，具体加 热温度点为：100 °C、150Γ、200Γ、250Γ、300Γ、350Γ、400Γ、450Γ、500Γ、550Γ、600Γ、 650 °C、700 °C、750 °C、800 °C、850 °C、900 °C、950 °C、1000 °C，加热保温时间为：2 小时。700°C 以下在低温电炉中加热，700°C以上在高温电炉中进行；加热设备的温度均匀性为±5°C; 2) 对不同温度加热下的TC18各种氧化色对应的试样进行室温拉伸性能、冲击韧性、断 裂韧性、氧化层厚度和金相组织的检测，检测结果数据见下表，对检测结果依据TC18材料 标准和技术条件分别进行比对表中结果，作为判定为合格颜色和不合格颜色的依据，确定 可以合格验收的氧化色及样块，并进行编号； TC18钛合金不同温度下氧化后的表面颜色变化样块检测结果3)对不同温度加热下的TC21各种氧化色对应的试样进行室温拉伸性能、冲击韧性、断 裂韧性、氧化层厚度和金相组织的检测，其检测结果数据见表，对检测结果依据TC21材料 标准和技术条件分别进行比对表中检测结果，作为判定为合格颜色和不合格颜色的依据， 确定可以合格验收的氧化色及样块，并进行编号。 TC21钛合金不同温度下氧化后的表面颜色变化样块检测结果
【专利摘要】本发明提供了一种TC18和TC21钛合金氧化色检验样块制作方法，将TC21和TC18钛合金的氧化色样块各一套20个在100℃～1000℃加热；对不同温度加热下的TC18、TC21各种氧化色对应的试样进行室温拉伸性能、冲击韧性、断裂韧性、氧化层厚度和金相组织的检测，作为判定为合格颜色和不合格颜色的依据，确定可以合格验收的氧化色及样块，制作出了TC21和TC18钛合金受热过程的氧化色评判样块后，为这两种新合金在加工制造后的检验提供准确、直观的依据，消除判断失误的隐患。
【IPC分类】G01N21/25, G01N1/44
【公开号】CN105300892
【申请号】CN201510654594
【发明人】史春玲, 王浩军, 朱增辉, 石梦聪, 林星
【申请人】中航飞机股份有限公司西安飞机分公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月10日