【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于tc21合金多重梯度组织，尤其涉及一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法。
技术介绍
1、高强度tc21钛合金是西北有色金属研究院、北京航空材料研究院等单位联合研制的高强高韧损伤容限钛合金，有着优异的机械性能和加工性能，特别是双态组织综合性能较好，塑性和冲击韧性较高，成为高性能工程材料的重要代表。近年来，tc21合金作为一种重要的结构材料，被广泛应用于航空航天等领域，被制作使用为重要的部件，如轴承、轮轴、传动轴等旋转部件。高周疲劳损伤是tc21合金在使用过程中面临的重要问题之一，特别是在旋弯高周疲劳条件下，材料承受的是复杂的应力状态，强化材料的疲劳性能成为进一步扩展钛合金使用场景的必然选择。
2、对于轴承、轮轴、传动轴等旋转部件，其在服役过程中常常承受往复扭矩作用，例如传动轴等旋转部件在实际运行中，会受到周期性的旋转弯曲应力，这种应力会导致材料在长期使用过程中发生疲劳损伤，从而导致构件失效。
3、因此，在提高了材料旋弯疲劳寿命的同时还让材料芯部具备双态组织的高强韧性成为高强度tc21合金抗扭转疲劳损伤结构与组织设计亟待解决的核心问题。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提出了一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法。通过超声滚压增加材料的表层硬度，并且引入残余压应力降低疲劳裂纹萌生的概率。其次，在超高频电磁感应加热下形成片层+双态组织过渡区域延长疲劳扩展寿命，提高钛合金旋弯疲劳载荷下的服役性能。
2、为
3、本专利技术技术方案之一：
4、一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，通过联合采用超高频电磁感应加热与超声滚压，得到具有多重梯度组织的tc21合金；
5、所述超声滚压的滚压次数为1-15道次，静压力为300-700n，主轴转速为100-360n/min，电流为0.35～0.5a，频率为20～30khz。
6、优选的，所述超声滚压的滚压次数为10道次，静压力为500n，所述主轴转速为200n/min。
7、优选的，所述方法包括以下步骤：
8、对tc21合金(双态组织钛合金，下同)依次进行超高频电磁感应加热、冷却和时效处理，形成第一层梯度组织结构；所述tc21合金形成表面至芯部依次为片层组织、片层组织+双态组织和双态组织逐步过渡的整体梯度组织；所述超高频电磁感应加热的温度高于所述tc21合金的相变点20～50℃，优选为30℃，频率为600～1100khz；
9、对所述形成第一层梯度组织结构后的合金进行超声滚压，在表层形成纳米细晶梯度组织；即在所述第一层梯度组织结构的表层组织上构建第二层梯度组织结构，从而形成多重梯度组织结构。
10、进一步，所述多重梯度组织的tc21合金由表层到芯部的微观结构依次为：纳米细晶梯度组织，片层组织，过渡组织和双态组织。
11、进一步，所述纳米细晶梯度组织的厚度为50～120μm；硬度为550～510hv；粗糙度为0.15～0.45μm。
12、进一步，所述纳米细晶梯度组织的厚度为100μm；硬度为520hv；粗糙度为0.18μm。
13、优选地，所述超高频电磁感应加热的保温时间为1～3s，频率为600～1100khz。
14、优选地，所述超高频电磁感应加热在syg-10ab和cr2100 series超高频感应加热系统中进行。
15、优选地，所述冷却的降温速率为500～600℃/s。
16、优选地，所述时效处理的温度为450～620℃，时间为5～6h。
17、优选的，所述具有多重梯度组织的tc21合金在旋转弯曲载荷下的疲劳强度为760mpa。
18、本专利技术技术方案之二：
19、一种由上述方法获得的高旋转弯曲疲劳强度的tc21合金，从表层到芯部依次呈现出纳米梯度组织、片层组织、过渡区、双态组织；所述纳米梯度组织的厚度为100μm。
20、本专利技术技术方案之三：
21、上述具有高旋转弯曲疲劳强度的tc21合金在制备航空航天设备旋转部件方面的用途。
22、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
23、本专利技术针对旋弯疲劳的受力特点和损伤模式(表面受力最大、裂纹从表面萌生，然后向内部扩展)，提出了材料表面有着强抗旋弯疲劳萌生、次表层有着高抗裂纹扩展和高强韧芯部的多重梯度组织的结构设计；根据组织结构设计，结合单独的表面超高频感应加热和超声滚压技术对材料梯度组织的影响，采用混合的表层强化方式，最终制备出多重梯度组织结构。
24、本专利技术采用超高频电磁感应加热与超声滚压相结合的方法，使得材料从表面到芯部形成由滚压纳米梯度组织、片层组织、片层+双态组织和双态组织逐渐过渡组成的多重梯度组织结构。其中滚压后的表层纳米梯度组织可以降低裂纹萌生的概率，内部的片层双态过渡组织又能够增加裂纹扩展的抗力，从而延长材料旋弯疲劳性能，提高材料旋弯疲劳性能。
25、本专利技术在保留原钛合金材料双态组织具备的高强韧性的同时还提升了表面抗旋弯疲劳裂纹萌生性能与内部抗旋弯疲劳裂纹扩展性能。
26、本专利技术将传统的超声滚压工艺与新颖的超高频电磁感应加热技术灵活的相结合，使本专利技术结合两种工艺的特长，在保证工艺可控性好、生产方式简便的同时促进新技术的大规模应用。
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1.一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，通过联合采用超高频电磁感应加热与超声滚压，得到具有多重梯度组织的TC21合金；
2.根据权利要求1所述的一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述超声滚压的滚压次数为10道次，静压力为500N，所述主轴转速为200n/min。
3.根据权利要求1所述的一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述多重梯度组织的TC21合金由表层到芯部的微观结构依次为：纳米细晶梯度组织，片层组织，过渡组织和双态组织。
5.根据权利要求4所述的一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述纳米细晶梯度组织的厚度为50～120μm；硬度为550～510HV；粗糙度为0.15～0.45μm。
6.根据权利要求5所述的一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述纳米细晶梯度组织的厚度为10
7.根据权利要求1所述的一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述超高频电磁感应加热的温度高于所述TC21合金的相变点30℃。
8.根据权利要求6所述的一种提升高强度TC21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述具有多重梯度组织的TC21合金在旋转弯曲循环载荷下的疲劳强度为760MPa。
9.一种由权利要求1-8任一项所述的方法获得的高旋转弯曲疲劳强度的TC21合金，其特征在于，从表层到芯部依次呈现出纳米梯度组织、片层组织、过渡区、双态组织；所述纳米梯度组织的厚度为100μm。
10.如权利要求9所述的高旋转弯曲疲劳强度的TC21合金在制备航空航天设备旋转部件方面的用途。
...【技术特征摘要】
1.一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，通过联合采用超高频电磁感应加热与超声滚压，得到具有多重梯度组织的tc21合金；
2.根据权利要求1所述的一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述超声滚压的滚压次数为10道次，静压力为500n，所述主轴转速为200n/min。
3.根据权利要求1所述的一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述多重梯度组织的tc21合金由表层到芯部的微观结构依次为：纳米细晶梯度组织，片层组织，过渡组织和双态组织。
5.根据权利要求4所述的一种提升高强度tc21合金旋转弯曲疲劳强度的方法，其特征在于，所述纳米细晶梯度组织的厚度为50～120μm；硬度为550～510hv；粗糙度为0.15～0...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄朝文，张忠，黄技，杨江，万明攀，赵飞，李天昕，刘丹，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：
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