[发明专利]一种梯度硬化钛合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种梯度硬化钛合金的制备方法，属于梯度硬化材料技术领域。将钢动量块和清洁的钛合金板自下而上依次放入带有通孔的钢底座中，通孔横截面尺寸与钢动量块和钛合金的截面尺寸相匹配，通孔的高度与钢动量块和钛合金的总厚度相匹配；在钢底座的上表面边缘固定炸药框，炸药框内放置压制成板状结构的爆速在7000m/s以上的高爆速炸药，在炸药上表面的一端起爆对钛合金进行冲击处理，得到一种梯度硬化钛合金。所述方法可有效避免高爆速炸药冲击处理过程中因“边界效应”导致的材料破坏，进而通过冲击处理实现钛合金上表面的梯度硬化。

技术领域

本发明涉及一种梯度硬化钛合金的制备方法，属于梯度硬化材料技术领域。

背景技术

梯度材料是指结构和性能在材料厚度或长度方向连续或准连续变化的非均质复合材料。梯度材料在航空航天、机械、电磁、生物、核能及电气工程等领域具有广泛的应用，如应用于航空航天发动机，机械工程中轴承，电磁工程中磁盘、振荡器，生物工程中牙齿、骨头、关节，核能及电气工程中热电变换器等设备。钛合金是目前使用的材料中比强度最高的材料之一，钛合金具有比强度高、耐蚀性和耐热性好等特点，在航空、航天、石油、化工、船舶等领域有广泛的应用。但是由于钛合金的硬度较低、摩擦系数大、耐磨性差，一定程度上影响了其使用寿命和应用范围。采用合适的表面硬化技术，在不降低基体力学性能的前提下，提高钛合金材料的表面硬度，是提高其表面耐磨性和使用寿命的有效途径，可以扩大高强钛合金的应用范围。

目前，制备梯度硬化钛合金的方法通常是在钛合金的表面制备硬度梯度变化的复合膜层结构，上述方法工艺繁琐、设备成本高、工艺不稳定、利用率低、废品率高等，限制了梯度硬化钛合金的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种梯度硬化钛合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种梯度硬化钛合金的制备方法，所述方法步骤包括：

将钢动量块和清洁的钛合金板自下而上依次放入带有通孔的钢底座中，通孔横截面尺寸与钢动量块和钛合金的截面尺寸相匹配，通孔的高度与钢动量块和钛合金的总厚度相匹配；在钢底座的上表面边缘固定炸药框，炸药框内放置压制成板状结构的爆速在7000m/s以上的高爆速炸药，在炸药上表面的一端起爆对钛合金进行冲击处理，得到一种梯度硬化钛合金。

优选的，所述冲击处理进行2次～3次。

优选的，所述钛合金厚度、钢动量块厚度、高爆速炸药厚度、钢底座上靠近炸药起爆位置的一侧与钛合金之间的水平距离、钢底座上远离炸药起爆位置的一侧与钛合金之间的水平距离的比值为10～50:5～10:3～5:50～80:10～20。

优选的，钛合金的上下表面均涂抹黄油，其中，上表面为起爆面，下表面为钛合金与钢动量块的接触面。更优选的黄油的涂抹厚度为0.5mm～1mm。钛合金的下表面涂抹黄油可防止钛合金与钢动量块之间的空气隙影响钢动量块的卸压效果；钛合金的上表面涂抹黄油可防止炸药起爆后的爆轰能对钛合金表面的灼伤。

优选的，所述钢底座和钢动量块的材质分别为45#钢或不锈钢。

优选的，所述炸药框的材质为有机玻璃。

优选的，所述高爆速炸药为可铸粉状炸药、塑性板状炸药或橡胶板状炸药。更优选的，所述高爆速炸药为C4炸药。

优选的，炸药起爆前将炸药与钢底座固定在一起。

有益效果

本发明提供了一种与现有技术构思不同的钛合金硬化处理方法，所述方法通过将钛合金放入特定结构的钢底座中，可有效避免高爆速炸药冲击处理过程中因“边界效应”导致的材料破坏；通过对钛合金进行特定爆速的冲击处理，使钛合金在硬化过程中发生α到ω的相变，进而实现钛合金上表面的梯度硬化。