[发明专利]一种快速增韧亚稳β钛合金的方法

说明书

本发明公开了一种快速增韧亚稳β钛合金的方法，本发明涉及合金材料制备技术领域。该方法包括以下步骤：将亚稳β钛合金表面进行抛光打磨，然后清洗和吹干，制得中间样品；采用激光束进行扫描处理，自然冷却至室温，制得增韧亚稳β钛合金。本发明通过激光增韧处理亚稳β钛合金，实现显微组织的梯度变化，从而制得强塑性匹配良好的亚稳β钛合金，相较于原始的亚稳β钛合金的力学性能，本发明制得的亚稳β钛合金屈服强度仅下降9％，而韧性却可提高79％，达到25％的良好韧性。本发明解决现有亚稳β钛合金强韧化方法复杂、成本高以及增韧效果差的问题。

技术领域

本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种快速增韧亚稳β钛合金的方法。

背景技术

随着航空航天领域轻量化的发展，航空航天工业对具有高强度、高韧性和优异综合力学性能的新型结构材料的需求越来越迫切。亚稳β钛合金是目前被广泛应用的一类高强高韧钛合金，通常需要经过合理的热处理工艺后，才能达到生产实际所需要的对于合金强度、塑性的要求，时效态组织以β相为主，热处理后还包含初生α相和次生α相。固溶过程中析出初生α相，在保证合金塑性的同时也可提高合金的断裂韧性，固溶处理后的亚稳定β基体在接下来的时效过程中，析出大量的次生α相，又大幅度提高合金强度，经过调整固溶工艺和时效工艺，可以达到合金的完美的强塑性匹配。

随着航空航天工业的发展，对于高强韧钛合金的强塑性匹配提出了进一步的要求，目前，提高亚稳β钛合金的强塑性匹配的手段主要有合金成分设计、调控α/β两相塑性变形行为和调控显微结构。然而，这些方法通常需要庞大的设备、较高的成本和复杂的热处理工艺，不太利于成型钛合金构件的力学性能提升。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种快速增韧亚稳β钛合金的方法，以解决现有亚稳β钛合金强韧化方法复杂、成本高以及增韧效果差的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种快速增韧亚稳β钛合金的方法，包括以下步骤：

(1)将亚稳β钛合金表面进行抛光打磨，然后清洗和吹干，制得中间样品；

(2)将步骤(1)制得的中间样品采用激光束进行增韧处理，自然冷却至室温，制得增韧亚稳β钛合金。

本发明的有益效果为：本发明首先将亚稳β钛合金抛光打磨后，置于激光器工作台上；然后设定合适的激光工作参数，让激光束按照一定的路径在试样表面进行扫描，随后自然冷却至室温，从而实现亚稳β钛合金显微组织的改变，达到亚稳β钛合金快速增韧的目的。亚稳β钛合金的显微组织对于温度比较敏感，而激光束作为一种高能能量体，作用在金属材料表面上，除了会引入较大的冲击力，也会引入差异较大的梯度温度场。冲击力会导致更深层的表面纳米结晶和压缩残余应力层，梯度温度场则会导致亚稳β钛合金出现梯度相结构，梯度多相材料的变形机制及其相互作用不同，从而实现强塑性匹配提高的目的。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，步骤(1)中，依次采用100-300目、500-700目、900-1100目和1900-2100目的SiC水砂纸对试样表面进行打磨。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：

进一步，步骤(1)中，依次采用200目、600目、1000目和2000目的SiC水砂纸对试样表面进行打磨。

进一步，步骤(1)中，采用无水乙醇中超声清洗5-20min，然后采用蒸馏水冲洗，完成清洗过程。

进一步，步骤(2)中，激光束扫描路径为单层路径与往返递进路径。

进一步，步骤(2)中，激光束扫描的参数为：激光功率100-300W，光斑直径1-5mm，激光头到工作面距离5-30mm，激光扫描速度50-500mm/min，搭接率10-50％。