[发明专利]一种利用陶泥控制钛合金冷却速率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热处理的技术领域，特别是涉及一种利用陶泥控制钛合金冷却速率的方法。

背景技术

在金属热处理中，冷却速度对钛合金的微观组织和机械性能有很大的影响，冷速不同钛合金的组织和性能也会有很大差异，因此，为得到不同冷速与组织性能的对应关系，进而得到钛合金不同的微观组织和性能，关键是要获得钛合金的不同冷却速度。而很多实验室研究和工厂小零件生产中对钛合金试样的冷却常采用炉冷、空冷、水冷等方法，以获得不同的冷却速度，但是这些方法不能获得介于该钛合金炉冷时冷却速度和空冷时冷却速度之间的冷速，同时获得的仅是几个离散的冷速数值，且各冷速数值差别大。另一方面，在实际生产中大锻件、厚壁钛合金工件等在冷却过程中，工件内不同部位冷速不同，表面冷速快，心部冷速慢，且冷速差值随钛合金工件厚度的增加而增大。为了定量或定性分析心部的冷却速度对钛合金组织和性能的影响，需要先测知心部的具体冷却速度，并利用钛合金试样模拟研究以厚壁金属工件心部冷却速度冷却的条件下材料组织及性能的变化，以获得多组冷却速率与组织的对应关系，建立组织预报模型。对某些钛合金而言，可能炉冷和空冷时的冷速对应的组织都达不到要求或最佳状态，就需要研究其处于介于二者之间的冷速与所能获得的组织的关系，由此提出一种利用陶泥控制钛合金冷却速率的方法。

另外还有一些钛合金的热处理在材料热力加工模拟试验机中进行，可以实现钛合金试样按任意规定速度加热与冷却的模拟，可以按一定的冷却速度冷却至要求温度。李世荣等发明的一种《可控冷却速度热处理炉》(专利公布号CN 201842873U)，可以实现可控快速冷却，在可控冷速范围内连续可调，同时也可以实现可控快速加热。但是这些设备构造复杂、价格昂贵，一定程度上提高了实验的经济成本。

发明内容

为克服现有技术中存在的或者不能获得介于钛合金炉冷速度与空冷速度之间的冷速，并且获得的仅是几个离散的冷速数值，或者成本高的不足，本发明提出了一种利用陶泥控制钛合金冷却速率的方法。

本发明的具体过程是：

第一步：制作测试体的壳体。所述的测试体壳体用陶泥制成；将湿陶泥做成与钛合金试样外形相同的两半的壳体。

第二步：制作测试体。制作时，将热电偶的一端焊接在钛合金试样的中间部位,将焊接有热电偶的钛合金试样放置在陶泥制作的壳体中，将两半陶泥制作的壳体扣合，并使所述两半壳体的配合面之间贴合至无间隙，得到内部镶嵌有钛合金试样的测试体。热电偶的另一端露出在所述测试体的外表面。

第三步：固化测试体。固化测试体的过程包括风干和加热，具体是：将得到的测试体置于干燥通风处5h～24h，使其风干变硬。将电阻炉的温度设定为80～150℃。将所述风干后的测试体置于电阻炉中加热，当电阻炉达到设定温度时，保温1～3h将该测试体烘干后出炉，空冷至室温，得到固化后的测试体。若经风干后的测试体表面出现裂缝，用隔热棉填充。

第四步：紧固测试体。对固化后的测试体进行紧固，防止测试体在后续的热处理中开裂。通过在测试体上缠绕金属丝，或将测试体置于金属盒内，以实现紧固测试体。

第五步：连接温度记录仪。将热电偶的伸出测试体的一端与温度记录仪连接。

第六步：测试体加热。通过电阻炉对测试体加热至800～1000℃。具体过程是：将电阻炉升温至800～1000℃时，将测试体放入电阻炉中，并将该电阻炉加热至位于测试体内的钛合金试样的温度为800～1000℃时，停止电阻炉加热并保温。保温40～180min。保温结束后，将测试体取出，空冷或包裹在隔热棉中冷却至室温，并通过温度记录仪测试并记录位于测试体内的钛合金试样的温度变化过程。

第七步：确定钛合金试样的冷却速率。根据温度记录仪记录的数据得到钛合金试样冷却过程中温度随时间变化的曲线。通过拟合方法得到钛合金试样的冷却速率。

本发明钛合金试样包裹在利用陶泥制作成壳体内，使钛合金试样从高温冷却过程中处在均温区。由于陶泥和钛合金试样本身都具有一定的比热容和导热率。将测试体在加热炉内加热到一定温度，保温一段时间后取出空冷，冷却过程中，由于钛合金试样中的热量需要穿过陶泥制作的壳体散失到环境中才能使得钛合金试样冷却，并且陶泥本身也具有一定的比热容使得其自身也具有一定的冷速需要一定的冷却时间，所以陶泥制作的壳体的厚度不同就能使得钛合金试样的冷却速度不同，规格较大的陶泥制作的壳体可以使钛合金试样获得较小的冷却速度。若要使冷却速度进一步减小，测试体加热后放在隔热棉中冷却，并可根据需要选择一层或多层隔热棉，也即通过增减隔热棉的厚度进一步控制钛合金试样的冷速。