一种利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法技术

本发明专利技术公开了一种利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，该方法在保证零件尺寸精度的前提下，利用脉冲磁场的瞬时高能脉冲作用，通过对零件基体组织进行微尺度调整，释放内部残余应力，从而改善零件的微观组织和应力状态，达到提高零件力学性能的效果。其主要的工艺是对，通过增材制造方法制备的钛合金零部件，施加0

【技术实现步骤摘要】
一种利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法


[0001]本专利技术涉及钛合金性能提升
，具体涉及一种利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有高的比强度、优良的耐蚀性和良好的生物相容性等优点，在医疗、航空航天等领域推广应用。近年来，增材制造技术不断发展，缩短了钛合金零部件的生产周期，使这些领域对钛合金零部件的需求逐渐增加。但是，所制备的零部件往往存在大量孔隙、空位等缺陷，积累大量应力，易引起零部件严重变形和开裂，且钛合金导热性较差，在增材制造中形成较大温度梯度，使组织结构呈板条状且分布不均匀，严重影响使用能。如何对增材制造制备的钛合金材料进行后处理，成为国内外研究的重要内容之一。国内外现有的后处理方法主要包括去应力退火、固溶强化、热等静压等热处理方法和喷丸、电解抛光、超声纳米晶表面改性(UNSM)、超声表面机械磨损法(USMAT)等表面处理方法。尽管能一定程度上消除材料缺陷、并改善应力分布状态，但传统热处理和热等静压耗费时间长，传统热处理还存在成本高、污染环境等缺点。并且，表面处理技术不能消除材料内部缺陷不适用于形状复杂零部件的改性，存在强化层难以有效控制的问题。
[0003]近年来，脉冲电磁场处理作为增材制造钛合金的后处理技术正逐步发展，周乐君等(专利号：ZL CN 110527937 A)专利技术了一种采用电脉冲处理3D打印件的方法，降低了增材制造钛合金的孔隙率，显著提高了伸长率。3D打印钛合金的脉冲磁场处理目前少见于报道，虽国内外已发现脉冲磁场对传统工艺制备的钛合金具有较好的处理效果，有效提高强度与塑性。然而，脉冲磁场处理增材制造钛合金的研究和成果目前还非常少，特别是在改善零件残余应力，提高疲劳寿命领域。为此，亟需提出一种新的处理工艺，充分发挥增制造技术和脉冲磁场的技术优势，实现钛合金的高品质应用。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，能在较短的时间内不引起材料相变并保证零件尺寸精度和表面质量的前提下，通过对增材制造制备的钛合金金属零部件进行后处理，实现改善零件微观组织，消除缺陷，提升综合力学性能，提高增材制造的钛合金零件的疲劳寿命，解决了上述
技术介绍
中提到的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，包括以下步骤：
[0006]S1、选择粉末粒径为45～105μm的钛合金金属粉末；
[0007]S2、采用增材制造技术，制备钛合金毛坯件；
[0008]S3、对制备的钛合金毛坯件，进行机械加工获得标准拉伸试样；
[0009]S4、将标准拉伸试样用夹具固定在磁场发生设备中，并设置磁场处理参数；
[0010]S5、启动脉冲磁场，完成对标准拉伸试样的脉冲磁场处理。
[0011]优选的，所述步骤S1中的钛合金金属粉末成分满足GB/T 3620.1
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2016中对钛合金牌号的成分要求。
[0012]优选的，所述步骤S2中的增材制造技术包括SLS、FDM或SLM。
[0013]优选的，所述的增材制造技术是SLM。
[0014]优选的，所述的机械加工是按照国家标准GB/T 228.1
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2010进行机械加工。
[0015]优选的，所述步骤S4中的夹具是由一般高分子聚合物材料制备而成，具有良好的绝缘性和极低的磁导率，所述在固定过程中，脉冲磁场处理范围内不存在其他金属干扰材料存在。
[0016]优选的，所述的设置磁场处理参数中参数的选取标准是根据试样残余应力的改善目标为标准，脉冲磁场强度和脉冲磁场处理次数的乘积为残余应力降低量的95％～105％。
[0017]优选的，所述的磁场处理参数中，脉冲磁场强度为0～3T，脉冲磁场处理次数为10～100次。
[0018]优选的，所述步骤S5中启动脉冲磁场时试样表面温度≤160℃。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1)本专利技术仅利用脉冲磁场对增材制造钛合金零件进行改性处理，能耗低，理时间短，效率高，不需要进一步的表面前处理工艺，步骤简单，对于小尺寸、小批量的零件也可以进行批量快速处理。
[0021]2)脉冲磁场处理过程中，几乎不产生热效应，处理平台和待处理样品没有物理接触，不会由于热效应或接触力作用导致样品表面发生氧化和材料发生相变，不会改变样品的几何精度。
[0022]3)钛合金零件处理前后电阻变化率不超过0.5％，不影响钛合金零件的导电性；钛合金零件的抗拉强度和屈服强度变化不超过1％，但延伸率提高可达到10％以上；其微观组织由部分板条状转变为球状和多边状交错；改善了残余应力，疲劳寿命周期从1.24x105提升至7.08x105，疲劳性能得到提高，可以达到目标效果；脉冲磁场处理可以综合性地提高钛合金零件地疲劳寿命。
附图说明
[0023]图1为本专利技术方法流程步骤示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例1试样在脉冲磁场处理前的微观组织图；
[0025]图3为本专利技术实施例1试样在脉冲磁场处理后的微观组织图；
[0026]图4为本专利技术实施例1试样在脉冲磁场处理前后的残余应力状态图；
[0027]图5为本专利技术实施例2接骨板试样的零件示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，是整个处理方法的流程步骤。首先，钛合金试样的制备，根据GB/T 3620.1
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2016选择合适的TC4钛合金粉末，粉末粒径为45～105μm，其主要成分为钛、铝、钒，采用选择激光熔化法(SLM)制得钛合金毛坯件，按GB/T 228.1
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2010，机械加工钛合金毛坯件，制得标准拉伸试样，需要说明的是，此处使用的标准检测试样的目的在于准确、标准、可靠地对脉冲磁场处理前后增材制造钛合金零件的性能进行评价，并非表示脉冲磁场处理工艺的效果仅限在标准试样情况下实现，对于增材制造制备的钛合金零部件均可实现该工艺的预期效果。
[0031]制备标准拉伸试样的金相试样，获得其初始微观组织如图2所示，用于处理前后进行组织比对，检测获得样品初始的残余应力状态，用于处理前后的比对，同时，保留部分样品，用于进行疲劳寿命性能的比对。
[0032]将试样用夹具固定在磁场发生设备当中，夹具的材质由PTFE组成，具有良好的绝缘性、极低的磁导率，可以充分的固定待处理试样，同时不影响脉冲磁场处理效果。
[0033]当试样被固定完全，根据样品的初始残余应力状态为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择粉末粒径为45～105μm的钛合金金属粉末；S2、采用增材制造技术，制备钛合金毛坯件；S3、对制备的钛合金毛坯件，进行机械加工获得标准拉伸试样；S4、将标准拉伸试样用夹具固定在磁场发生设备中，并设置磁场处理参数；S5、启动脉冲磁场，完成对标准拉伸试样的脉冲磁场处理。2.根据权利要求1所述的利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，其特征在于：所述步骤S1中的钛合金金属粉末成分满足GB/T3620.1
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2016中对钛合金牌号的成分要求。3.根据权利要求1所述的利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，其特征在于：所述步骤S2中的增材制造技术包括SLS、FDM或SLM。4.根据权利要求3所述的利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，其特征在于：所述的增材制造技术是SLM。5.根据权利要求1所述的利用脉冲磁场处理提高钛合金疲劳寿命的处理方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周博皓，吴明霞，杨屹，胡臻尚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：