[发明专利]基于氧化色标块确定受热钛合金构件力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于氧化色标块的受热钛合金构件力学性能确定方法，可应用于 快速确定受热钛合金构件是否满足性能要求。

背景技术

钛及钛合金因具有密度小、比强度高、耐蚀、可焊等优良的综合性能在航空领域 得到广泛应用。然而，钛合金工件在机械加工、热处理或者在较高温度使用过程中会 不可避免地发生氧化反应，氧化产物不仅会使材料表面精度急剧下降，同时也会对合 金力学性能产生较大的负面影响，此时如何在不破坏工件的前提下判断其性能是否达 标就成为各钛合金生产加工单位迫切希望解决的问题。

值得注意的是，钛合金在氧化过程中表面会发生显著的、规律性的颜色变化。例 如，航空发动机关键钛合金结构件的表面氧化色变化是其不同部位温度历程的直观反 映,是发动机超温使用或地面起火事故调查中的重要佐证,也是服役发动机定期检查 中判断发动机是否经历了局部高温等非正常情况的重要依据。因此，掌握和有效利用 钛合金氧化色变化规律,对于提高和保证发动机结构零部件的合理、有效使用非常重 要。然而，国内对尚未建立起钛合金构件不同受热历史下的氧化色变化规律。

为了评估受热钛合金构件力学性能是否满足要求，单纯建立起钛合金构件不同受 热历史下的氧化色变化规律是不够的，还必须建立起钛合金氧化色-力学性能的对应关 系。2001年美国焊接协会在编号为AWSD17.1:2001的美国国家标准中制定了航空熔 焊规范，根据合金表面不同氧化色设定了焊接件的验收标准，其中标准规定当焊接件 表面出现紫色时，被认定为不合格。然而，该标准仅定性的依据焊接件表面颜色作为 验收标准，并没有给出具体的实验数据作为理论支撑。另一方面，该标准仅适用于对 焊接件进行合格判定，而对钛合金热处理件或高温环境中工作的钛合金构件则不适用。

发明内容

为克服现有技术中存在的不适用钛合金热处理件或高温环境中工作的钛合金构件 的不足，本发明提出了一种基于氧化色标块确定受热钛合金构件力学性能的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，氧化色标准样块的制作：在某类钛合金上切取n件标准样块，并依次编 号。将所切取的标块经磨床磨制使其表面粗糙度达到与实际生产工件一致的0.8～1.6 μm。对切取的各标准样块用蒸馏水和无水乙醇中超声清后干燥处理。

步骤2，测试试样的制备。另取一与氧化色标准样块同类的钛合金坯料，将该类 钛合金坯料通过线切割制成拉伸性能测试试样和冲击韧性测试试样。拉伸性能测试试 样尺寸按照GB/T228.1-2010执行，冲击韧性测试试样尺寸按照GB/T229-2007执行。 所述每件标准样块配备6个试样，分别是三个拉伸试样和三个冲击韧性试样。

步骤3，氧化处理：将所述各标准样块按照编号顺序分别置于n个电炉中；将制 作的测试试样分别放入有各标准样块的电加热炉中，并且每个电加热炉中放置6个测 试试样。对各电加热炉加热2h。各电加热炉的温度为阶梯式，并且所述各电炉之间的 温度差均等；最低加热温度为100℃，最高加热温度为1000℃。加热结束后自然冷却 至室温。分别得到该类钛合金各温度下的氧化色标块和氧化测试试样。

步骤4，确定各温度下氧化色标块：冷却后的各温度下的氧化色标块呈现不同颜 色，根据所述各氧化色标块表面的不同颜色，确定钛合金构件的受热温度。将各温度 下的氧化色标块进行透明塑料包覆及真空封装，组成一套能够提供长期参考的氧化色 标块。

步骤5，氧化测试试样的力学性能测试：按照GB/T228.1-2010测试氧化测试试样 的拉伸性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率，按照GB/T229-2007 测试氧化测试试样的冲击韧性。测试后，分别得到个不同受热温度下每组各3个测试 试样的抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率和冲击韧性的测试数据。将每组中 得到的各力学性能测试值相加后求其平均值，分别得到每组各力学性能的平均值。

步骤6，确定受热钛合金构件力学性能：将受热后的该类钛合金构件表面颜色同 氧化色标块进行对比，快速确定该类钛合金构件的受热温度；根据步骤5得到每组各 力学性能的平均值即能够评估该类钛合金构件受热后的力学性能是否满足要求。