[发明专利]钛合金α单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金α单晶的制备方法，属于有色金属冶金技术领域。该方法为：(1)将Ti‑6Al‑4V合金大尺寸铸锭在β单相区进行热处理，获得具有较大尺寸β晶粒的铸锭；(2)β晶粒取样：对铸锭选择特定取向并切取尺寸较大的钛合金β晶粒；(3)对β晶粒施加恒定的拉伸或压缩应力，同时进行热处理，炉冷至室温后卸载力，获得包含α单晶的样品；(4)所得样品进行扫描电镜观察及EBSD分析，获得样品中α相片层形貌、尺寸、晶体取向等信息；(5)选择合适样品角度剥离出α单晶。本发明可制备宽度为毫米量级的钛合金α单晶，为钛合金力学行为研究提供理想材料。

技术领域

本发明涉及有色金属冶金技术领域，具体涉及一种钛合金α单晶的制备方法。

背景技术

单晶体可为研究多晶材料的变形机制及力学性能奠定基础，但钛及钛合金等具有固态相变的合金因相变时一般形成多变体，其单晶难以制备。

目前，钛合金单晶制备主要采用定向凝固方法。在无籽晶情况下，通过晶粒间竞争生长，可获得单晶；在具备籽晶情况下，可制备具有籽晶取向的单晶。然而，α相单晶体制备鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金α单晶的制备方法，该方法通过在外加拉伸/压缩应力条件下借助固态相变途径制备毫米量级α单晶，为钛合金力学行为研究提供理想材料。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种钛合金α单晶的制备方法，包括如下步骤：

(1)生成较大β晶粒：将Ti-6Al-4V合金大尺寸铸锭在β单相区进行热处理，炉冷至室温，获得具有较大尺寸β晶粒的铸锭；

(2)β晶粒取样：对具有较大尺寸β晶粒铸锭内部区域进行扫描电镜及EBSD分析后，选择特定取向并切取尺寸较大的钛合金β晶粒，获得β晶粒样品；

(3)外加拉伸/压缩载荷：将步骤(2)所得β晶粒样品装入拉伸/压缩装置中，抽真空后，充入氩气进行保护；然后沿特定方向施加恒定的拉伸或压缩应力，同时进行热处理，炉冷至室温后卸载力，获得包含α单晶的样品；

(4)经步骤(3)处理后所得样品进行扫描电镜观察及EBSD分析，获得样品中α相片层形貌、尺寸、晶体取向等信息；

(5)单晶选择：依据步骤(4)观察与分析结果，选择合适样品角度剥离出α单晶。

上述步骤(1)中，所述铸锭为直径大于40cm的圆柱锭。

上述步骤(1)中，热处理温度优选为950-1050℃，保温时间0.5-1.5h，该热处理过程可实现生成较大尺寸β晶粒。

上述步骤(2)中，选择特定取向并切取尺寸较大的钛合金β晶粒是指：选择100取向、110取向或111取向在β晶粒相对两侧切取钛合金β晶粒。

上述步骤(3)中，所施加的拉伸或压缩应力的方向垂直于步骤(2)中的特定取向；所述拉伸或压缩应力为10-50MPa。

上述步骤(3)中，所述热处理过程为：先升温至Ti-6Al-4V合金β单相区并保温20-30min；然后缓慢降低至合金相变点以下10-20℃，保温24h，炉冷至室温，使α相缓慢长大。

上述步骤(3)中，所施加外加载荷为10-50MPa时，能够保证材料在弹性作用范围内；在低至合金相变点以下10-20℃保温处理时，使α相形核较少，有利于单晶制备。

上述步骤(3)中，通过外加载荷与热处理过程能够稳定控制α相片层厚度在毫米量级。

本发明的优点和特点在于：

(1)本发明在钛合金固态相变过程中，利用外应力对α变体选择作用控制只有少数变体的形核与生长，无需籽晶；