CN115287559A - 利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法，涉及钛合金热处理技术和高压水射流领域。该方法步骤包括：(1)预先固溶处理：将钛合金加热至750～850℃之内保温1h，水冷至室温；(2)高压水射流冲击处理：将上述钛合金进行表面处理，然后进行高压水射流冲击；(3)后续时效处理：将上述钛合金加热至400～600℃保温6～12h，空冷至室温。本发明通过高压水射流冲击在钛合金表面施加梯度残余应力，结合热处理工艺，有效调控了钛合金表面微观组织的析出，从而使钛合金表面相应地形成梯度微纳结构，进而提高了表面硬度。
Description
技术领域
本申请涉及钛合金表面处理的技术领域，尤其涉及利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法。
背景技术
高压水射流技术来源于水射流切割。水射流切割是将超高压水射流发生器与二维数控加工平台组合而成的一种平面切割机床。它将水流的压力提升到足够高，使水流具有极大的动能，可以穿透化纤、木材、皮革、橡胶等。当我们不添加磨料时，喷射的是纯水，可以在不损坏钛合金的同时，使钛合金表面产生残余压应力。
钛合金具有比强度高和抗腐蚀性能优异的两个特性，广泛应用于航空航天工业、化学工业、运动休闲等领域。因为钛合金中金属元素较多，存在丰富的结构相变，所以对热处理工艺非常敏感。热处理可以在较宽的范围内对钛合金的组织性能进行调控，是非常经济、有效的手段。不同行业对于钛合金性能的要求各异，但是现有的热处理对钛合金的表面硬度提升有限，若是能进一步提高表面硬度就能继续扩大钛合金的应用范围。
钛合金的强化效果主要来自于β基体中析出α相的强化，表面的强化更是如此。相关技术中，热处理方法主要为在一定温度下固溶水淬或空冷至室温，再进行时效热处理。这一方法的问题在于α相在时效过程中容易不均匀析出，导致合金组织均匀性较差，进而影响钛合金的表面硬度提升。因此，使钛合金表面形成梯度微纳结构是改善钛合金表面性能的重要方法之一。
发明内容
有鉴于此，本申请提供利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法，该方法处理后钛合金表面形成梯度微纳结构，进而提高表面硬度。
本申请提供一种利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)预先固溶处理：将钛合金加热至750～850℃之内保温1h，水冷至室温；
(2)高压水射流冲击处理：将上述钛合金进行表面处理，然后进行高压水射流冲击；
(3)后续时效处理：将上述钛合金加热至400～600℃保温6～12h，冷却。
可选地，步骤(2)中，所述高压水射流冲击处理之前需进行钛合金表面处理，所述表面处理包括清除氧化层。
可选地，步骤(2)中，所述高压水射流冲击压强为100～500MPa，冲击次数为1～10次。
可选地，所述冷却的方式为空冷，冷却后的温度为室温。
本申请具有以下有益效果：
高压水射流冲击能够在钛合金表面施加梯度残余应力，结合热处理工艺，可以有效调控钛合金表面微观组织的析出，从而使钛合金表面相应地形成梯度微纳结构，进而提高了表面硬度。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例1的显微组织图片。
图2为本申请实施例2的显微组织图片。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
实施例1
使用本发明对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al-1Nb钛合金进行处理：
(1)预先固溶处理：将钛合金加热至780℃之内保温1h，水冷至室温；
(2)高压水射流冲击处理：将上述钛合金进行表面处理，然后进行高压水射流冲击；
(3)后续时效处理：将上述钛合金加热至500℃保温6h，空冷至室温。
图1为本实施例处理后的钛合金近表面金相组织图片，从图1可以看出表面次生α相小于其余区域，且分布均匀，通过显微硬度计测量其表面硬度值为613HV0.2。
实施例2
使用本发明对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al-1Nb钛合金进行处理：
(1)预先固溶处理：将钛合金加热至850℃之内保温1h，水冷至室温；
(2)高压水射流冲击处理：将上述钛合金进行表面处理，然后进行高压水射流冲击；
(3)后续时效处理：将上述钛合金加热至500℃保温6h，空冷至室温。
图2为本实施例处理后的钛合金近表面金相组织图片，从图2可以看出表面次生α相小于其余区域，且分布均匀，通过显微硬度计测量其表面硬度值为612HV0.2。
对比例1
使用本发明对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al-1Nb钛合金进行处理：
(1)预先固溶处理：将钛合金加热至780℃之内保温1h，水冷至室温；
(2)后续时效处理：将上述钛合金加热至500℃保温6h，空冷至室温。
通过显微硬度计测量其表面硬度值为494HV0.2。
对比例2
使用本发明对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al-1Nb钛合金进行处理：
(1)预先固溶处理：将钛合金加热至850℃之内保温1h，水冷至室温；
(2)后续时效处理：将上述钛合金加热至500℃保温6h，空冷至室温。
通过显微硬度计测量其表面硬度值为543HV0.2。
对比例3
使用本发明对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al-1Nb钛合金进行处理：
(1)预先固溶处理：将钛合金加热至780℃之内保温1h，水冷至室温。再将上述钛合金加热至500℃保温6h，空冷至室温。
(2)高压水射流冲击处理：将上述钛合金进行表面处理，然后进行高压水射流冲击，高压水射冲击的条件同实施例1。
通过显微硬度计测量其表面硬度值为556HV0.2。
对比实施例1、对比例1，或者对比实施例2、对比例2，可以发现高压水射流冲击结合热处理能有效调控钛合金表面微观组织中α相的析出，使钛合金表面组织均匀细密，从而提高钛合金的表面硬度。
对比实施例1、对比例3，二者唯一区别仅仅在于，高压水射流冲击处理的实施次序不同，这说明了本申请将高压水射流冲击设置在预先固溶处理、时效处理之间，能更大程度地提高钛合金的表面硬度。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)预先固溶处理：将钛合金加热至750～850℃之内保温1h，水冷至室温；
(2)高压水射流冲击处理：将上述钛合金进行表面处理，然后进行高压水射流冲击；
(3)后续时效处理：将上述钛合金加热至400～600℃保温6～12h，冷却。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述高压水射流冲击处理之前需进行钛合金表面处理，所述表面处理包括清除氧化层。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述高压水射流冲击压强为100～500MPa，冲击次数为1～10次。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述冷却的方式为空冷，冷却后的温度为室温。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20221104 |