双态-片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一双态

【技术实现步骤摘要】
双态
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片层梯度混合组织结构近
α
钛合金及制备装置和方法


[0001]本专利技术涉及钛合金热处理
，尤其涉及到一种双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法。

技术介绍

[0002]由于不同材料的不同组织力学性能各有优点，针对不同服役工况，每种组织状态各有利弊，因此，将各种组织组合在一起能让材料充分发挥其潜能是研究的趋势。以近α钛合金为例，其在航空航天和船舶领域有着广泛的应用前景。根据热处理工艺不同，可分别获得典型的双态组织和片层组织，双态组织的断裂延伸率、平面断裂韧性、抵抗裂纹萌生能力和低周疲劳性能优于片层组织，但是其屈服强度、冲击韧性、抵抗裂纹扩展能力、高周疲劳性能和蠕变性能不如片层组织。目前，工程应用钛合金的最终组织状态一般为双态组织，虽然双态组织具有高的疲劳裂纹萌生抵抗力，但是抵抗疲劳裂纹扩展的能力比片层组织差，在服役过程中一旦产生疲劳裂纹容易快速扩展而发生脆性断裂失效。因此，急需解决单纯的双态组织和单纯的片层组织的应用缺陷，这对提高钛合金疲劳性能具有重要意义。
[0003]另外，由于钛合金无磁性不能直接用电磁感应加热，相关领域缺少使用电磁感应加热钛合金的热处理方法，如何将电磁感应加热应用于钛合金热处理以对钛合金进行快速加热也是本专利技术解决的问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，实现了在无磁性近α钛合金中获得双态
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片层梯度混合组织结构，该方法操作简单，加工成本低。
[0005]本专利技术的另一优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，克服了单纯的双态组织和片层组织的缺陷，通过该热处理方法和加热装置制备的双态
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片层梯度混合组织呈梯度分布，可以同时发挥双态组织抗疲劳裂纹萌生和片层组织抗裂纹扩展的组织优势，从而显著改善近α钛合金的疲劳性能。
[0006]本专利技术的另一优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，通过使用磁性的石墨模具对样品进行包覆，从而解决了α钛合金因无磁性不能直接用电磁感应加热的问题。
[0007]本专利技术的另一优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，制备的双态
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片层梯度混合组织，使试样表面为双态组织，中间是双态
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片层过度组织，内部为片层组织，这样表面双态组织部分承受主要应力，抵抗裂纹萌生，一旦双态组织部分表面出现裂纹萌生，片层组织部分则能很好地阻滞裂纹进一步扩展，该方法制备的双态
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片层梯度混合组织可以将不同组织的性能复合起来，使其在保持双态强度和塑性的基础上，复合片层组织来降低裂纹扩展塑料，充分发挥了各组织的优势，能够满足各种应用需求。
[0008]本专利技术的另一优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，通过高频感应对近α钛合金进行局部快速加热，使得在近α钛合金材料上产生涵盖β相区，α+β相区以及α相区的梯度温度，加热预定时间后，然后通过空气冷却或水淬冷却最终得到双态组织、双态
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片层过渡和片层组织依次呈梯度分布的组织结构，而这种双态
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片层梯度混合组织结构的近α钛合金对提高钛合金疲劳性能具有重要意义。
[0009]本专利技术的另一优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，可根据近α钛合金样品的服役情况，通过调整石墨模具和电磁感应线圈匝数获得不同体积分数的双态组织和片层组织的梯度混合组织，从而生产出不同用途的产品。
[0010]本专利技术的另一优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，通过调整样品夹距离石墨模具的距离，来改变所需的双态
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片层梯度混合组织结构中的片层组织的尺寸，满足更多的应用需求。
[0011]本专利技术的另一优势在于提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金及制备装置和方法，所述高频感应加热装置使用方便，易于实现，适合推广应用。
[0012]根据本专利技术的一方面，本专利技术提供了一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0013](S101)通过一高频感应加热装置对近α钛合金样品进行局部加热；
[0014](S102)在所述近α钛合金样品材料上产生包括高于β相变温度、α+β相变温度及α相变温度的梯度温度，保温；以及
[0015](S103)停止保温，冷却得到双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金。
[0016]其中在所述步骤(S101)中，所述高频感应加热装置包括一电磁感应线圈和一石墨模具，所述石墨磨具被设置于所述电磁感应线圈内部，所述近α钛合金样品的一部分被置于所述石墨模具内部。
[0017]在所述步骤(S101)和所述步骤(S102)中，首先通过所述电磁感应线圈和所述石墨模具产生涵盖β相区、α+β相区及α相区的梯度温度后，再将所述近α钛合金样品固定于所述高频感应加热装置，并保温90秒。
[0018]其中在所述步骤(S103)中，保温结束后，采用水淬冷却或者室温20℃的空气冷却。
[0019]其中所述近α钛合金样品位于所述石墨模具内部的部分在β相区形成一片层组织，远离所述石墨模具和所述电磁感应线圈的部分在α+β相区及α相区依次形成一双态
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片层过渡和一双态组织。
[0020]根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供一，双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备装置，所述制备装置包括一高频感应加热装置，其中所述高频感应加热装置包括：
[0021]一电源；
[0022]一电磁感应线圈，所述电磁感应线圈连接于所述电源；和
[0023]一石墨模具，所述石墨模具被设置于所述电磁感应线圈内部，其中所述石墨模具内部适于可分离地放置一近α钛合金样品。
[0024]其中所述高频感应加热装置还包括一壳体、一支架和一样品夹，所述电磁感应线圈和所述石墨模具被设置于所述壳体内部，所述支架连接于所述壳体并延伸到所述壳体顶部，所述样品夹于所述壳体顶部可移动地连接于所述支架，并适于夹持固定所述近α钛合金样品。
[0025]其中所述高频感应加热装置还包括一冷却水槽和一热电偶，所述冷却水槽被置于所述壳体下部，以承接从所述石墨模具内部向下运动的所述近α钛合金样品，进行水淬冷却，所述热电偶的探头被可拆卸地置于所述石墨模具内部，以监测所述石墨模具内部的温度。
[0026]根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金，其中所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(S101)通过一高频感应加热装置对近α钛合金样品进行局部加热；(S102)在所述近α钛合金样品材料上产生包括高于β相变温度、α+β相变温度及α相变温度的梯度温度，保温；以及(S103)停止保温，冷却得到双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金。2.根据权利要求1所述的双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备方法，其中在所述步骤(S101)中，所述高频感应加热装置包括一电磁感应线圈和一石墨模具，所述石墨磨具被设置于所述电磁感应线圈内部，所述近α钛合金样品的一部分被置于所述石墨模具内部。3.根据权利要求2所述的双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备方法，其中在所述步骤(S101)和所述步骤(S102)中，首先通过所述电磁感应线圈和所述石墨模具产生涵盖β相区、α+β相区及α相区的梯度温度后，再将所述近α钛合金样品固定于所述高频感应加热装置，并保温90秒。4.根据权利要求1至3任一所述的双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备方法，其中在所述步骤(S103)中，保温结束后，采用水淬冷却或者空气冷却。5.根据权利要求4所述的双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备方法，其中所述近α钛合金样品位于所述石墨模具内部的部分在β相区形成一片层组织，远离所述石墨模具和所述电磁感应线圈的部分在α+β相区及α相区依次形成一双态
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片层过渡组织和一双态组织。6.一双态
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片层梯度混合组织结构近α钛合金的制备装置，其特征在于，所述制备装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：任军强，王启，李乐，李伟，李俊琛，薛红涛，卢学峰，汤富领，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：