常温下快速提高钛合金硬度的实验方法与流程

本发明属于钛合金领域，具体涉及一种常温下快速提高钛合金硬度的实验方法。

背景技术：

钛合金因其具有低密度、高强度、高韧性和耐腐蚀性好等优点而被广泛应用于船舶、航空航天、医疗器械和军工等领域。常见钛合金组织主要包含α相和β相，不同的α相和β相含量直接影响钛合金性能。

在特定工况下需要有高硬度的钛合金材料服役工作，为此有研究者通过固溶处理、离子注入处理、超声处理等方法来提高钛合金的硬度，从而使材料达到使用标准，但上述常规处理方法过程复杂，耗时长，需要高温、高压、真空等特定条件。因此，找到一种提高钛合金硬度的实验方法，尤其是常温下能快速提高钛合金硬度的且简易节能的新实验方法，对于指导钛合金在实际中的应用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种常温下快速提高钛合金硬度的实验方法，该方法可以在常温下短时间内快速提高钛合金的整体硬度，对钛合金的研究和应用具有重要的意义。

本发明所采用的技术方案是：

一种常温下快速提高钛合金硬度的实验方法，包括步骤：

s1、将钛合金原材料加工成圆柱体样品，去除表面氧化层，将样品放置于电冲击处理设备两电极之间；

s2、设置电冲击的参数并对样品进行电冲击处理，待样品冷却至室温后，去除表面氧化层，将电冲击处理后的样品通过线切割沿中心轴线切开并通过热镶嵌制得金相试样，将金相试样打磨、抛光、清洗；

s3、利用扫描电子显微镜表征电冲击处理前后金相试样的微观结构变化，并通过显微硬度计检测电冲击处理前后金相试样的硬度变化；

s4、对比分析处理前后钛合金的硬度变化及其与微结构的关系，得出实验结论。

在步骤s1中，表面氧化层通过砂纸打磨去除。

在步骤s2中，表面氧化层通过砂纸打磨去除，金相试样通过从粗到细的砂纸依次打磨。

在步骤s2中，用ops抛光液进行抛光。

在步骤s2中，用酒精超声进行清洗。

在步骤s3中，检测电冲击处理前后金相试样的硬度变化时，分别在金相试样的上、中、下区域各选取若干个形成矩阵的点进行硬度测试，去除最大值和最小值后，得到处理前后钛合金硬度值的平均值和分布。

在步骤s3中，表征电冲击处理前后金相试样的微观结构变化时，选取金相试样的中间区域。

本发明的有益效果是：

该方法可以在常温下短时间内快速提高钛合金的整体硬度，在常温下用电冲击处理钛合金，处理过程耗时短。钛合金的硬度提高主要源于电冲击处理改变其微结构有关，表明电冲击处理技术可在常温下快速提高钛合金的硬度，对钛合金的研究和应用具有重要的意义。

附图说明

图1是硬度测试示意图和处理前后硬度值分布图，其中a)是硬度测试示意图，b)是处理前后硬度平均值分布图。

图2是处理前后钛合金相组织sem(扫描电子显微镜)图，其中a)是处理前，b)是处理后。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种常温下快速提高钛合金硬度的实验方法，包括步骤如下。

s1、以钛合金tc11为例，将棒状钛合金tc11原材料用线切割方法制备成φ5×10mm圆柱体样品，用砂纸打磨去除表面氧化层，将样品放置在电冲击处理设备的两电极之间。

s2、设置电冲击处理参数为：前端输入电流幅值70a、作用时间0.12s，对样品进行电冲击处理，待样品冷却至室温后，用砂纸打磨去除表面氧化层，将电冲击处理后的样品通过线切割沿中心轴线切开并通过热镶嵌制得金相试样，将金相试样用砂纸从粗到细依次打磨，用ops抛光液抛光，最后用酒精超声清洗。

s3、选取金相试样的中间区域，利用扫描电子显微镜表征电冲击处理前后金相试样的微观结构变化；通过显微硬度计检测电冲击处理前后金相试样的硬度变化，为了硬度测试准确，分别在金相试样的上、中、下区域各选取25个点(5×5矩阵，两点之间距离0.5mm)进行硬度测试(如图1中a)所示)，设置压力值为500n，保持时间为5s，去除最大值和最小值后，得到处理前后样品硬度值的平均值(如图1中b)所示)和分布。

s4、对比分析处理前后钛合金的硬度变化及其与微结构的关系，得出实验结论：

s4.1、处理前后钛合金的硬度变化的分析；

以实验过程中样品上、中、下区域作为测试对象，分析电冲击处理前后钛合金的硬度变化，结果如图1中b)所示，可知，经过电冲击处理后样品的平均硬度值明显提高。从表1可以得到，未处理样品上部区域的平均硬度值362.0hv较中部区域318.4hv和下部区域325.4hv偏大，中部和下部区域则无明显变化，电冲击处理后样品的上、中、下区域的平均硬度值无明显变化，平均硬度值分别为397.7hv、397.7hv、393.7hv。表明电冲击处理不仅可以提高钛合金的硬度，而且对于上、中、下区域的硬度的分布，还起到硬度均匀化的效果。

表1电冲击处理前后tc11的硬度分布

s4.2、处理前后钛合金的微观结构变化的分析；

tc11钛合金属于α+β型钛合金，图2所示为电冲击处理前后钛合金的微观相组织的sem图，其中图2中a)表示处理前组织结构，图2中b)表示处理后组织结构。可以发现，处理前样品内部组织的β相(白色)中存在许多针状二次α相(灰色)，电冲击处理后相结构完全变化，看不到初生α相和二次α相，发生了相变，相组织完全转化为β相和弥散分布的针状α相，而细小的针状α相是强度提高的主要贡献者。

s4.3、得出结论；

电冲击处理后，钛合金样品温度迅速升高并达到相变点，初生α相和二次α相转变为β相，随着样品在空气中的快速冷却，内部析出大量的非常细小的针状α相，且分布均匀。大量细小的针状α相的相互交错，在材料内部起到弥散强化的作用，使材料的硬度提高。上述结果说明电冲击处理这种方法对钛合金硬度快速提高是实施有效的。

本发明技术方法还适用于其它钛合金硬度快速提高技术，其方法与上述实例相同，效果也相同，在此不逐一列举实例。

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。