一种对钛合金Ti-6Al-4V试验进行校正的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分析测试技术领域，具体是一种对钛合金Ti-6A1-4V实验进行校正的 方法，根据测定钛合金Ti-6A1-4V(TC4)中氧氮含量时所出现的异常结果，判定实验中出现 的问题。
【背景技术】
[0002] Ti-6A1_4V是使用最广泛的钛合金，由于其耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊 性、耐蚀性和生物相容性均较好，且使用量已占钛业的75%~85%，从而成为钛合金工业中 的王牌合金。主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次是火箭、导弹和高速飞机的结构 件。如今，世界上第一个研制成功的高温钛合金也是Ti-6A1-4V，使用温度为300~350°C。
[0003] 钛合金中氧氮作为间隙型元素，在α相中有较大的溶解度，可稳定钛合金的α相区， 能提高钛的同素异晶转变温度。氧和氮对钛合金有显著的强化效果，但却使塑性下降。例如 钛合金Ti-6A1-4V中增加0.1 %的氮，可使钛的强度增加200MPa，而超过0.2%的氮，将使钛 塑性急剧下降，因而极易发生脆性断裂。
[0004]化学分析中测定钛合金中氧氮含量有多种方法:如蒸馏分离-奈斯勒试剂分光光 度法测定氮含量;熔融库仑法测定氧含量;水蒸气蒸馏法测定氮含量等。这些方法都属于单 测法，而且步骤繁琐，不能满足生产检测要求。采用惰性气体脉冲加热-红外热导法进行测 定，该方法操作简单快速、准确度高，能满足大批量的生产检测要求。在测定钛合金Ti-6A1-4V中氧氮含量的试验中，不免会出现各种异常的数据或现象，目前很少有文章对其试验中 所涉及的异常结果进行分析说明。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是:本发明通过依次排除可能的干扰因素，最终判定 出现异常的原因。
[0006] 本发明的技术发明是:首先从仪器测试原理进行分析，从而得出有可能影响测定 结果的因素有:坩埚的纯度，载气的纯度，助熔剂的纯度，然后依次排除可能存在的干扰。通 过试验，以解决日常生产中异常的试验现象(如鼓包和爬壁现象)和测定结果，并进一步研 究了石墨粉的添加量对试验结果的影响，最终对其试验的准确度和精度度进行评估。
[0007] 具体步骤如下：
[0008] 步骤一:试验条件准备
[0009] 1.1仪器及条件参数
[00?0] 仪器:氧氮分析仪(型号:0N836,美国力可公司）；电子天平(型号:BSA124S，德国赛 多利斯）
[0011] 条件参数:分析延迟0~120S;真空开启时间0~60S;积分延迟0~300S;脱气周期1 ~7;脱气功率0~7500W;脱气时间1~600S;脱气冷却时间0~120S;分析功率0~7500W [0012] 1.2试剂、标样及辅助材料
[0013] 试剂：乙醚或丙酮(分析纯）
[0014] 标样：Leco 501-320(美国力可公司），氧含量为0· 193% ±0.006%，氮含量为 0.036% ±0.003 % ; AR 650(阿尔法资源股份有限公司），氧含量为0.104% ±0.007，氮含量 为 0·0082%±0·0010%
[0015] 辅助材料:石墨坩埚：内坩埚Leco 775-431(美国力可公司），外坩埚Leco775-433 (美国力可公司）；镍篮:Leco 502-344(美国力可公司）；高纯石墨粉:Leco 501-073(美国力 可公司）
[0016] 步骤二:试样制备
[0017] 采用水冷切割机切取试料，再将试料精车制成Φ 3 X 50mm的棒料，用细锉刀磨出较 为光滑和光亮的表面，用剪线钳把试样切成约为〇. lg的粒状样品，用乙醚和丙酮清洗后再 放到低温炉上烘干，待分析。
[0018] 步骤三:空白分析
[0019] 钛合金化学试验分析方法采用美标ASTME1409-13进行试验分析。按照氧氮分析仪 选定的工作条件，用石墨套坩埚进行3~5次的空白分析，根据分析结果，点击空白校准，然 后点击Save保存新的空白值。
[0020] 步骤四：氧氮分析仪校准
[0021] 4.1选用钛合金标准物质Leco 501-320校准
[0022]将标准物质Leco 501-320的粒状料投放到氧氮分析仪中，按氧氮分析仪选定的工 作条件测定标准物质中氧和氮的含量，进行至少3次的标准物质重复性试验。将钛合金标准 物质Leco 501-320中氧和氮含量的单次测定值与标准物质的标准值进行比较，若在证书给 出的允许偏差范围内，则该次标样的校准过程有效，继而可进行后续试验；否则，应根据标 准物质的标准值对氧氮分析仪进行校准，直至偏差在证书允许范围内。
[0023] 4.2选用钛合金标准物质AR 650确定校准
[0024] 将标准物质AR 650的粒状料投放到氧氮分析仪中，按氧氮分析仪选定的工作条件 测定标准物质中氧和氮的含量，得出AR 650标准物质中氧和氮的含量，且该测定值应在证 书给出的允许偏差范围内。氧氮分析仪校准完成，继而可进行样品测定。
[0025] 步骤五:测定试样中的氧和氮含量
[0026] 称取并向氧氮分析仪中投放已剪切好约为O.lg的粒状样品，称取时精确至 O.OOOlg，按氧氮分析仪选定的工作条件测定样品中氧和氮的含量，测得的结果将直接显示 在屏幕的窗口上。
[0027] 步骤六:异常测定结果的讨论及分析
[0028] 使用氧氮分析仪测定样品中的氧和氮含量，都期望获得有效的或是最佳的测定结 果。然而，由于氧氮分析仪、辅助设备、操作人员、环境等诸多不确定因素的影响(操作技术 人员持有"中国航空工业集团公司检测及焊接人员资格认证管理中心"颁发的《气体分析Π 级》证书），不免会出现各种异常的试验现象和测定结果，具体表现为:熔样过程中氧和氮的 释放速率曲线、坩埚内样品的熔样效果，以及屏幕上显示的氧和氮的测定值。
[0029] 由整个试验流程可知，当仪器参数和环境条件基本确定且操作规范，影响钛合金 中氧和氮含量测定的因素，首先从试验耗材的纯度方面考虑，具体包括载气的纯度、坩埚的 纯度、助熔剂的纯度，然后依次排除可能的干扰因素。若异常的测定结果仍得不到解决，再 从别的方面进行分析。
[0030] 步骤七:解决发明
[0031] 7.1载气的干扰排除
[0032]要想获得最佳的检测结果，载气的纯度是关键。如果在平时检测中，出现了异常试 验现象或测定结果，首先应考虑的是载气的纯度问题，载气的纯度至少应大于99.995%，载 气中存在的痕量H20、0 2、C0和C02都会引起检测结果的波动。一般设备会装有吸收剂来除掉 载气中的干扰因素。若载气的纯度达不到要求，吸收剂则不能完全吸收载气中的杂质成分， 载气中的H 20、02、C0和C02就会吸附在整个气路和检测池上，使得分析结果的波动性增大。此 时应更换满足纯度要求的载气，更换载气后要通过连续试验，将吸附在气路和检测池上的 痕量杂质冲洗干净。如果检测结果向好的方向发展，说明载气的纯度问题可能是导致结果 异常的主要原因。如果检测结果仍不理想，需考虑其它方面的原因。
[0033] 7.2石墨坩埚的干扰排除
[0034] 石墨坩埚是由高纯的石墨制成，坩埚作为熔样的容器，起着电阻的作用，当通大电 流后能产生足够的热量熔融试样；同时碳作为还原剂与试样中的氧反应。坩埚中的杂质也 会影响到检测结果，去除方法一般是在试样落入坩埚进行分析之前，对坩埚进行脱气，最好 是采用多次脱气周期来去除杂质，让坩埚承受一次以上的的冷/热周期，其效果要好于只简 单的延长单次脱气时间的方法。
[0035] 7.3助熔剂的干扰排除
[0036]氧氮在钛合金中主要以二氧化钛(Ti02,熔点1830~1850°C)、氮化钛(TiN，熔点 2950Γ)等形式存在。对于高温难熔的钛合金来说，必须加入助熔剂与其形成中间合金以降 低熔点。本试验用高纯镍蓝做助熔剂，需用洗涤液(75ml乙酸+25ml HN03+2ml HC1配制）清 洗镍篮50~60s，然后用流动的水冲洗2~3min，用纸巾吸干试样的水分后再将其存放在含 有丙酮的密封玻璃容器中。
[0037] 7.4添加石墨粉的作用效果
[0038]样品置于高纯坩埚内，在高至一定温度的惰性气氛(氦气)条件下，样品中的氧与 石墨坩埚中的碳反应，最终以C0，C02或二者共存的形式被红外检测器检测;样品中的氮以N2 的形式被热导检测器检测，而测定结果的有效性取决于熔样阶段氧氮的充分释放。某些情 况下，可以通过添加石墨粉来改善氧氮的回收率。石墨粉的作用：一是石墨粉可以阻止样品 和助熔剂侵蚀坩埚底部;二是石墨粉使得样品和助熔剂在坩埚内起伏舞动，可有效地提高 熔体的流动性，这将有助于氧和氮的释放;三是加入一定量的石墨粉，可以消除鼓包和爬壁 的现象。
[0039] 步骤八:准确度与精密度试验
[0040] 通过试验，以解决异常的试验现象和测定结果。同时，为了进一步描述试验测定结 果的准确性和精度性，需选用钛合金标准物质Leco 501-320测定样品中氧和氮的含量，应 进行至少十次平行对照试验，最终通过测定的数据计算出相关参数，以描述本次试验的准 确性和精密性。
[0041] 本发明的优点是:本试验从可涉及试验测定过程中的物理条件和系统的测定原理 进行全局分析，使我们能够更加全面、更加针对性的排除或解决试验过程中的异常测定。并 采用钛合金标准物质Leco 501-320对测定结果的准确性和精密行进行描述，再次验证测定 结果的有效性。因而，该解决发明在日常的生产测试中具有十分重要的实用价值。
【附图说明】
[0042]图1氧的释放曲线；
[0043]图2氮的释放曲线。
【具体实施方式】
[0044] 具体试验步骤如下：
[0045] 步骤一:试验条件准备 [0046] 1.1仪器及条件参数 [0047]仪器:氧氮分析仪;电子天平
[0048]条件参数：分析延迟20S;真空开启时间10S;积分延迟0S;脱气周期2;脱气功率 6000W;脱气时间15S;脱气冷却时间5S;分析功率5500W
[0049] 1.2试剂、标样及辅助材料
[0050] 试剂:丙酮
[0051] 标样:Leco 501-320