一种细化Ti-V合金晶粒的加工方法技术

本发明专利技术公开了一种细化Ti

【技术实现步骤摘要】
一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法


[0001]本专利技术涉及合金材料加工
，具体涉及一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法。

技术介绍

[0002]晶粒细化对于金属材料而言有诸多好处；对于结构材料，晶粒细化可以提高材料的强度和塑性；对于储氢材料，细化晶粒是增加晶界的有效手段，而晶界作为氢扩散的快速通道，可以改善合金的活化性能及吸放氢反应动力学。作为储氢材料中的一类，Ti
‑
V基BCC固溶体合金的室温有效储氢量可达2wt％，但活化及动力学性能较差，限制了其应用。研究人员采用熔体快淬和高能球磨的方法制备微纳米晶的薄带和粉末，但这些方法无法制备块体合金。常用的块体合金晶粒细化方法包括熔炼过程中降低浇铸温度、提高过冷度、变质处理、震动搅拌，以及通过变形处理如挤压、轧制、锻造等；但上述方法所能实现的细化晶粒效果有限，较难获得微米级以下的细晶组织。
[0003]作为剧烈塑性变形加工的一种，搅拌摩擦加工可通过搅拌头强烈的搅拌作用及摩擦热引起合金中的动态再结晶，从而细化晶粒。此方法已用来改善钢、镁合金、铝合金及钛合金等结构材料的铸态组织及变形态组织，消除缩松、缩孔等缺陷，实现组织致密化和细化，以提高合金的综合力学性能。但搅拌摩擦加工作为储氢材料的改性方法还未得到深入探究。此外，搅拌摩擦加工区域温度若过高，会导致再结晶晶粒的长大，从而影响性能。因此，合理的搅拌摩擦加工工艺参数及后处理对合金性能有很大影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工改性方法，制备出的块体细晶Ti
‑
V合金具有良好的储氢活化性能和反应动力学。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，其特征在于，该方法包括如下具体步骤：
[0007](1)熔炼：将原料熔炼，形成Ti
‑
V合金铸锭；
[0008](2)切割：将所述Ti
‑
V合金铸锭切割成Ti
‑
V合金板材；
[0009](3)表面处理：对所述Ti
‑
V合金板材的表面进行打磨处理，并清洗干净；
[0010](4)搅拌摩擦加工：在气体保护下，对上述表面处理后的所述Ti
‑
V合金板材进行单道次搅拌摩擦加工，以防止氧化；
[0011](5)瞬时冷却处理：在搅拌摩擦加工的同时，对Ti
‑
V合金板材的加工区域进行持续瞬时强制冷却；
[0012](6)后处理：将瞬时冷却处理后的所述Ti
‑
V合金板材的非加工区域切割去除，并对保留的搅拌摩擦加工区域的表面再次进行打磨处理，实现块体细晶Ti
‑
V合金板材的制备。
[0013]本专利技术提供了一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，采用了对Ti
‑
V合金铸锭进行搅拌摩擦加工的工艺，并且为优化细化晶粒的效果，在搅拌摩擦加工过程中实施了强制冷却。
[0014]具体的，本专利技术所提供的细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，通过气体保护下的搅拌摩擦加工工艺，并辅以强制冷却的方法实现了Ti
‑
V合金的晶粒细化，制备出的块体细晶Ti
‑
V合金具有良好的储氢活化性能和反应动力学。
[0015]进一步的，所述细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，步骤(1)熔炼：以海绵钛和枝晶钒作为原料，采用真空自耗电弧熔炼或感应悬浮熔炼方式，将所述原料熔炼成Ti
‑
V合金铸锭；且所述海绵钛和枝晶钒的纯度均不低于99.9％。
[0016]进一步的，所述细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，所述Ti
‑
V合金铸锭为BCC结构的固溶体合金；所述Ti
‑
V合金铸锭的化学成分通式表示为Ti
x
V1‑
x
，式中Ti与V的原子比为x：(1
‑
x)，且0.5≤x≤0.9。
[0017]进一步的，所述细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，步骤(2)切割：采用电火花线将所述Ti
‑
V合金铸锭切割成厚度2
‑
3mm的Ti
‑
V合金板材。
[0018]进一步的，所述细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，步骤(4)在惰性气体保护下，对上述表面处理后的所述Ti
‑
V合金板材进行单道次搅拌摩擦加工，以防止氧化；所述搅拌摩擦加工选用钨铼合金搅拌头，轴肩直径为15mm，搅拌头倾角为2.5
°
，搅拌头长度为1.5
‑
2.5mm，轴肩下压量为0.2
±
0.05mm，转速为100
‑
200rpm，进给速度为50
‑
100mm/min。
[0019]进一步的，所述细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，步骤(5)中所述瞬时强制冷却采用常温水流冷却。
[0020]进一步的，所述细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，步骤(6)将瞬时冷却处理后的Ti
‑
V合金板材的非加工区域采用电火花线切割去除。
[0021]在Ti
‑
V合金搅拌摩擦加工过程中，若搅拌摩擦加工区域温度过高，则会导致再结晶晶粒的长大，从而影响合金性能；因此合理的搅拌摩擦加工工艺参数及后处理对合金性能有很大影响；本专利技术通过大量的研究优选设计的搅拌摩擦工艺参数消除了铸造组织缺陷，显著细化晶粒，大大提高了合金中的晶界数量和总面积，从而有效提高了合金用于储氢时的活化性能和反应动力学。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023](1)本专利技术提供的细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，通过采用惰性气氛保护下的搅拌摩擦加工并辅以强制冷却的方法实现了Ti
‑
V合金的晶粒细化；本专利技术所述的细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，其工艺简单，且克服了传统方法无法高效制备细晶块体储氢合金的局限，高效地实现了块体细晶Ti
‑
V合金板材的制备。
[0024](2)本专利技术的细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，通过搅拌摩擦加工消除了缩孔、偏析等铸造组织缺陷，在加工区得到均匀细小的再结晶组织。相比自然冷却，本专利技术工艺中所采用的强制冷却有效避免了再结晶晶粒的粗化，制备出的块体合金具有1
‑
5微米的细小晶粒，大大提高了合金中的晶界数量和总面积，从而提高了合金用于储氢时的活化性能和反应动力学。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)熔炼：将原料熔炼，形成Ti
‑
V合金铸锭；(2)切割：将所述Ti
‑
V合金铸锭切割成Ti
‑
V合金板材；(3)表面处理：对所述Ti
‑
V合金板材的表面进行打磨处理，并清洗干净；(4)搅拌摩擦加工：在气体保护下，对上述表面处理后的所述Ti
‑
V合金板材进行单道次搅拌摩擦加工，以防止氧化；(5)瞬时冷却处理：在搅拌摩擦加工的同时，对Ti
‑
V合金板材的加工区域进行持续瞬时强制冷却；(6)后处理：将瞬时冷却处理后的所述Ti
‑
V合金板材的非加工区域切割去除，并对保留的搅拌摩擦加工区域的表面再次进行打磨处理，实现块体细晶Ti
‑
V合金板材的制备。2.根据权利要求1所述的一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，其特征在于，步骤(1)熔炼：以海绵钛和枝晶钒作为原料，采用真空自耗电弧熔炼或感应悬浮熔炼方式，将所述原料熔炼成Ti
‑
V合金铸锭；且所述原料的纯度均不低于99.9％。3.根据权利要求2所述的一种细化Ti
‑
V合金晶粒的加工方法，其特征在于，所述Ti
‑
V合金铸锭为BCC结构的固溶体合金；所述Ti
‑
V合金铸锭的化学成分通式表示为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云龙，李若琳，朱彬，程亮，陈逸，刘骁，卢雅琳，
申请(专利权)人：江苏省中以产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：