电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法，通过激光直接成型得到立方体的β钛合金，加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品，打磨去除钛合金样品表面的氧化层，将钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，调整电脉冲处理设备的电流和作用时间对钛合金样品进行电脉冲处理，将钛合金样品切割并通过热镶嵌法制得金相试样，对金相试样表面进行打磨、抛光、清洗和腐蚀，利用电子探针显微镜和金相显微镜分别表征腐蚀前后的晶粒尺寸大小，分析对比电脉冲处理前后样品晶粒尺寸变化。该方法在效率高、成本低的基础上，能使激光直接成型β钛合金由柱状晶粒尺寸向细小晶粒尺寸转变并取得验证。

Experimental method of controlling grain size of laser direct forming of beta-titanium alloy by electric pulse

【技术实现步骤摘要】
电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法
本专利技术属于钛合金领域，具体涉及一种电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法。
技术介绍
由于钛合金具有高的变形温度且变形抗力大，采用传统的“锻造+机械加工”方法制造大型钛合金结构件，不仅工序冗长、工艺复杂，而且机械加工时去除量大、制造成本高。激光直接成型技术是一种先进制造技术，能够近净成形高性能、结构致密的金属零件，具有无模制造、制造成本低等突出特点，非常适合制造大型钛合金结构件。研究表明，激光直接成型β钛合金组织中β晶粒尽可能小，分布尽可能均匀时，其性能才能达到最佳。然而在激光直接成型过程中，激光熔池热量输入和热量散失条件会影响成形零件内部组织的形成，同时激光直接成型沉积态组织大部分是粗大的柱状晶，该柱状晶不仅降低了激光直接成型β钛合金的力学性能，也制约了激光直接成型技术在β钛合金制造领域的应用，因而，对于激光直接成型β钛合金晶粒，通过后处理工艺使粗大的柱状晶组织向细小的晶粒转变，优化其力学性能显得尤为重要。针对上述讨论，部分研究人员采用热处理和热等静压等方法来优化晶粒尺寸，但是这些方法处理过程复杂、效率低，而且对设备要求高、成本高。因此需要提出一种在效率高、成本低的基础上，调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的方法，尤其是调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法，从而验证调控效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法，该方法在效率高、成本低的基础上，能使激光直接成型β钛合金由柱状晶粒尺寸向细小晶粒尺寸转变并取得验证，改善了激光直接成型β钛合金的综合性能。本专利技术所采用的技术方案是：一种电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法，包括步骤：1)实验准备及过程—通过激光直接成型得到立方体的β钛合金晶，然后加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品，然后打磨去除钛合金样品表面的氧化层，然后将钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，然后调整电脉冲处理设备的电流和作用时间对钛合金样品进行电脉冲处理；2)晶粒尺寸的表征与分析—将电脉冲处理后的钛合金样品切割并通过热镶嵌法制得金相试样，对金相试样表面进行打磨、抛光、清洗和腐蚀后，利用电子探针显微镜表征腐蚀前的晶粒尺寸大小，利用金相显微镜表征腐蚀后样品晶粒尺寸，分析对比电脉冲处理前后样品晶粒尺寸变化。在步骤1)中，通过线切割加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品。在步骤1)中，通过砂纸打磨去除钛合金样品表面的氧化层。在步骤2)中，电脉冲处理后的钛合金样品通过线切割沿轴向纵剖。在步骤2)中，金相试样通过从粗到细的砂纸依次进行打磨，通过OPS抛光液进行抛光，通过超声波进行酒精清洗，通过腐蚀液进行表面腐蚀。本专利技术的有益效果是：该方法在效率高、成本低的基础上，能使激光直接成型β钛合金由柱状晶粒尺寸向细小晶粒尺寸转变并取得验证，改善了激光直接成型β钛合金的综合性能。附图说明图1是不同电脉冲时间作用下激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的金相显微镜(OM)图(腐蚀以后)，其中a未处理，b电脉冲处理时间0.06s，c电脉冲处理时间0.08s，黑色虚线框代表细小晶粒和亚晶粒区域。图2是不同电脉冲时间作用下激光直接成型β钛合金的晶粒尺寸的电子探针显微镜(EPMA)图(腐蚀前样品中间位置)，其中a未处理，b电脉冲处理时间0.06s，c电脉冲处理时间0.08s，黑色虚线框代表细小晶粒和亚晶粒区域。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。一种电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法，包括步骤：1)实验准备及过程；采用Ti55531粉末作为原材料，通过激光直接成型得到立方体的β钛合金晶，然后通过线切割加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品(直径4.5mm、高度10mm)，然后通过240#的砂纸打磨去除钛合金样品表面的氧化层，然后将钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，然后调整电脉冲处理设备的电流和作用时间对钛合金样品进行电脉冲处理，对不同参数处理的钛合金样品进行标记以示区别：未进行电脉冲处理的钛合金样品标记为1号，样品2号所用脉冲电流70A、作用时间0.06s，样品3号所用脉冲电流70A、作用时间0.08s。2)晶粒尺寸的表征与分析；将电脉冲处理后的三个钛合金样品通过线切割沿轴向纵剖并通过热镶嵌法制得金相试样，金相试样通过240#、600#、1200#、4000#的砂纸依次进行打磨，通过OPS抛光液进行抛光，通过超声波进行酒精清洗，通过HF、HNO3和H2O的混合腐蚀液进行表面腐蚀(严格控制腐蚀时间，腐蚀后钛合金样品如图1所示)后，利用JXA-8530F电子探针显微镜(EPMA)表征腐蚀前的晶粒尺寸大小，利用Olympus金相显微镜(OM)表征腐蚀后样品晶粒尺寸，分析对比电脉冲处理前后样品晶粒尺寸变化：如图1所示，可以发现经电脉冲处理后，钛合金的晶粒尺寸由原来贯穿熔覆层的粗大柱状晶粒(如图1a所示)向细小晶粒和亚晶粒转变(如图1b所示)，如图1中黑色虚线框所示，且电脉冲处理时间越长，细小晶粒和亚晶粒就会越多(如图1c所示)；如图2所示。分析发现经过电脉冲处理后，激光直接成型β钛合金晶粒尺寸由原来粗大的β柱状晶(如图2a所示)转变为一定数量的细小晶粒和亚晶粒(如图2b所示)，如图2中黑色虚线框所示，当电脉冲处理的时间增长时，β柱状晶会进一步转变为更多细小晶粒和亚晶粒，从晶粒灰度也可发现晶粒取向发生了一定变化(如图2c所示)，其主要原因是因为电脉冲在极短时间内形成的能量集中导致晶粒的再结晶。综上可知，电脉冲处理激光直接成型β钛合金时，可以在室温下使激光直接成型β钛合金的晶粒尺寸由粗大的β柱状晶向细小晶粒和亚晶粒转变，并且当电脉冲处理时间增长时，晶粒的取向也会发生变化，因此，该方法在效率高、成本低的基础上，能使激光直接成型β钛合金由柱状晶粒尺寸向细小晶粒尺寸转变并取得验证，改善了激光直接成型β钛合金的综合性能。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专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法，其特征在于：包括步骤，1)实验准备及过程—通过激光直接成型得到立方体的β钛合金晶，然后加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品，然后打磨去除钛合金样品表面的氧化层，然后将钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，然后调整电脉冲处理设备的电流和作用时间对钛合金样品进行电脉冲处理；2)晶粒尺寸的表征与分析—将电脉冲处理后的钛合金样品切割并通过热镶嵌法制得金相试样，对金相试样表面进行打磨、抛光、清洗和腐蚀后，利用电子探针显微镜表征腐蚀前的晶粒尺寸大小，利用金相显微镜表征腐蚀后样品晶粒尺寸，分析对比电脉冲处理前后样品晶粒尺寸变化。

【技术特征摘要】
1.一种电脉冲调控激光直接成型β钛合金晶粒尺寸的实验方法，其特征在于：包括步骤，1)实验准备及过程—通过激光直接成型得到立方体的β钛合金晶，然后加工出两端面平整的圆柱体的钛合金样品，然后打磨去除钛合金样品表面的氧化层，然后将钛合金样品两端面分别与电脉冲处理设备两电极完全接触，然后调整电脉冲处理设备的电流和作用时间对钛合金样品进行电脉冲处理；2)晶粒尺寸的表征与分析—将电脉冲处理后的钛合金样品切割并通过热镶嵌法制得金相试样，对金相试样表面进行打磨、抛光、清洗和腐蚀后，利用电子探针显微镜表征腐蚀前的晶粒尺寸大小，利用金相显微镜表征腐蚀后样品晶粒尺寸，分析对比电脉冲处理前后样品晶粒尺寸变化。2.如权利要求1所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢乐春，华林，郭豪杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42