[发明专利]提高钛合金疲劳强度的热机复合工艺纳米化的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属加工技术领域，涉及提高钛合金疲劳强度的热机复合工艺纳米化的方法。

背景技术

近10年来国内外均有各种表面纳米化等强化方法的研究，主要方法是通过喷丸或滚压等机械强化手段，对金属表面进行剧烈塑性变形纳米化，或者有的研究者在强化后再进行加热消除由于机械强化形成的表面残余应力处理。但现有的这两类方法对于钛合金提高疲劳强度的效果微乎其微，甚至降低了它的疲劳极限。而钛合金是现代航空航天技术发展与应用的非常重要的新型合金，具有巨大的应用前景。

而发明人的一种提高钛合金疲劳强度的热机复合工艺纳米化的方法，能够效果明显地提高钛合金的疲劳强度。

发明内容

本发明的目的在提供提高钛合金疲劳强度的热机复合工艺纳米化的方法，解决了现有的钛合金金属表面纳米化强化方法不能提高钛合金疲劳强度的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：对钛合金表面采取高能纳米化喷丸，以较高的喷丸速度对钛合金表面进行长时间的喷丸，具体的喷丸参数为钢丸直径1mm，喷丸时间1-3小时，喷丸速度40-70米/秒，喷丸距离400-600mm；

步骤2：对上述高能纳米化喷丸后的钛合金进行表面损伤修复热处理，利用钛合金纳米化表层组织所具有的极高的原子扩散系数在热处理温度150-450℃，保温时间50-70min条件下修复；

步骤3：表面二次喷丸处理，对经过步骤2修复厚的钛合金表面，再进行一次喷丸处理，具体参数为：钢丸直径0.5mm，喷丸时间20min，喷丸速度40-70米/秒。

本发明另一种方法按照以下步骤进行：

步骤1：对钛合金表面采取高能纳米化喷丸，以较高的喷丸速度对钛合金表面进行长时间的喷丸，具体的喷丸参数为钢丸直径1mm，喷丸时间1-3小时，喷丸速度40-70米/秒，喷丸距离400-600mm；

步骤2：表面二次修复喷丸处理，对经过步骤2修复厚的钛合金表面，再进行一次喷丸处理，具体参数为：钢丸直径0.5mm，喷丸时间20min，喷丸速度40-70米/秒；

步骤3：对上述高能纳米化喷丸后的钛合金进行表面损伤修复热处理，利用钛合金纳米化表层组织所具有的极高的原子扩散系数在热处理温度150-450℃，保温时间50-70min条件下修复；

步骤4：表面二次喷丸处理，对经过步骤3修复厚的钛合金表面，再进行一次喷丸处理，具体参数为：钢丸直径0.5mm，喷丸时间20min，喷丸速度40-70米/秒。

本发明的有益效果是可以效果明显地提高钛合金的疲劳强度，从而大大拓展钛合金的工程应用，特别是在高速、大功率、轻量化要求十分重要的航空、交通装备等领域中的应用前景。

附图说明

图1是TC4钛合金原始组织A及高能喷丸组织HESP的S-N曲线；

图2是不同加热温度的表面修复热处理+二次喷丸后的S-N曲线；

图3是原始组织及本热机复合工艺纳米化后的S-N曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行说明。

通常的高能喷丸、热处理这两种处理方法对钛合金疲劳强度的提高是无效的甚至是效果相反的。但经过发明人的反复实验研究，现将高能喷丸、热处理、小钢丸喷丸这三种基本方法进行合理组合，可以效果非常明显地提高钛合金的疲劳极限。

本发明组合工艺方法同时采用了高能喷丸、热处理、小钢丸喷丸三种基本工艺方法。本发明的工艺包括两种，具体如下：

第一种工艺：

（1）对钛合金表面高能纳米化喷丸。高能喷丸就是采取一定的方法，使钢丸以很高的能量对金属表面进行喷丸，使表层产生剧烈塑性变形，从而使金属表层晶粒细化为纳米级。使钢丸以高能量对表面喷丸的方法有，以超声波的高频振动尺寸远大于普通钢丸的大钢丸进行喷丸，或者是使喷丸时间远远大于普通喷丸的时间进行喷丸，或者是使喷丸速度远大于普通喷丸的速度。本发明专利采用的是以较高的喷丸速度对钛合金表面进行长时间的喷丸办法，具体的喷丸参数为：钢丸直径1mm，喷丸时间1-3小时，喷丸速度40-70米/秒，喷丸距离400-600mm；