對有時效強化效應的Ti合金環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝制造技術

本發(fā)明專利技術提供的是一種對有時效強化效應的Ti合金環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝。(1)對有時效強化效應的Ti合金零件進行固溶處理；(2)進行冷碾環(huán)或冷擺碾成形，形成Ti合金環(huán)狀類型零件；(3)在400℃—640℃下滲氮。TC4、TC21等合金制成的零件，使用本發(fā)明專利技術的復合滲氮工藝處理，在低溫滲氮時，可得到單純滲氮工藝在較高溫度下得到的表面硬度和抗摩擦磨損能力。同時在固溶+低溫滲氮的處理下，零件的基體組織晶粒細化，強度增加，改善了鈦合金高溫滲氮后零件基體組織晶粒長大，塑性和疲勞性能下降的問題。強化了表面的性能，同時改善了內(nèi)部組織，而且降低滲氮溫度，節(jié)省能源，兼之工藝簡單，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

Compound low temperature nitriding process of Ti alloy ring type parts with aging strengthening effect

The present invention provides a compound low temperature nitriding process for Ti alloy ring type parts with aging strengthening effect. (1) the parts of Ti alloy age hardening effect of solid solution treatment; (2) Nianhuan cold or cold swinging die forming, forming Ti alloy ring type parts; (3) nitriding at 400 C and 640 C under. The parts made of TC4, TC21 and other alloys are treated by the composite nitriding process of the invention, and the surface hardness and the friction and wear resistance of the simple nitriding process at higher temperatures can be obtained at low temperature nitriding. At the same time, under the treatment of solid solution + low temperature nitriding, the grain size of the matrix of the parts is refined and the strength is increased. The problems of the microstructure, grain growth, plasticity and fatigue properties of the parts after the high temperature nitriding of titanium alloy have been improved. To strengthen the surface performance, while improving the internal organization, but also reduce the nitriding temperature, save energy, and the process is simple, easy to realize industrialized production.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
對有時效強化效應的Ti合金環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝
本專利技術涉及的是一種Ti合金滲氮方法，具體地說是一種對TC4、TC21等有時效強化效應的Ti合金所制造的環(huán)狀類型零件的低溫滲氮方法。
技術介紹
TC4和TC21等鈦合金以其比強度高，耐腐蝕性能優(yōu)良的特點在航空航天及海洋工程等領域有重要應用。TC4和TC21等鈦合金有時效強化的熱處理強化方式。鈦合金經(jīng)固溶處理后，獲得過飽和固溶體，在隨后的低溫加熱保溫時，第二相從過飽和固溶體中析出，引起強度、硬度以及物理和化學性能的顯著變化，這一過程被稱為時效強化。鈦合金的缺點為其固有的摩擦學性能差，此缺點限制了其應用范圍。氣體滲氮和離子滲氮被廣泛采用來強化TC4和TC21表面，提高其抗磨損性能，有熱變形小、表面滲層和基體結合好、滲層表面生成的氮鈦化合物硬度高的等優(yōu)點。目前針對鈦合金零件的滲氮主要集中在650℃-900℃的高溫區(qū)間，而高溫滲氮會導致鈦合金基體內(nèi)晶粒長大，降低塑性和疲勞性能；而600℃以下低溫離子滲氮的研究表明，在此溫度區(qū)間N元素滲入鈦合金的速率非常緩慢，材料表面性能提高十分有限。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種低溫滲氮效率高，不會導致強度和疲勞性能降低的對有時效強化效應的Ti合金環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝。本專利技術的目的是這樣實現(xiàn)的：(1)對有時效強化效應的Ti合金零件進行固溶處理；(2)進行冷碾環(huán)或冷擺碾成形，形成Ti合金環(huán)狀類型零件；(3)在400℃—640℃下滲氮。本專利技術還可以包括：1、所述固溶處理是在720℃-850℃的溫度下加熱，然后水淬。2、所述冷碾環(huán)或冷擺碾成形的變形率在5％--60％之間。3、所述滲氮優(yōu)選在400℃—550℃溫度下進行。本專利技術提出的TC4、TC21等鈦合金制造的環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝，利用整體冷變形在合金基體造成的內(nèi)部組織缺陷加快滲氮的速度。工藝過程為固溶處理—冷碾環(huán)或冷擺碾成形—低溫滲氮。本專利技術的工藝的特點主要有兩點：第一，利用形變促滲強化TC4、TC21等鈦合金低溫滲氮的效率，使650℃以下低溫滲氮的效果能達到高溫滲氮的水平；第二，預先對鈦合金進行了固溶處理，同時滲氮溫度設計在TC4、TC21的時效強化溫度區(qū)間內(nèi)，則滲氮時零件基體在時效溫度下，產(chǎn)生時效強化，使零件內(nèi)部基體的性能得到強化。因此，復合工藝在滲氮的同時還可以增強基體，起到雙重強化的作用。與已有技術相比，本專利技術的獨特之處于：在滲氮之前對零件進行固溶處理+冷碾環(huán)或冷擺碾成形。冷碾環(huán)或冷擺碾成形在合金基體內(nèi)形成位錯、空穴等內(nèi)部缺陷，可加快滲氮過程中N元素在合金內(nèi)的擴散速度，提高滲層生長的速率。同時，TC4、TC21等有時效效應的鈦合金先經(jīng)過固溶處理然后再滲氮，因為低溫滲氮溫度在這些合金的時效溫度區(qū)間內(nèi)，則在滲氮時，固溶處理后的合金內(nèi)部基體產(chǎn)生時效效應，使基體的性能得到強化。與現(xiàn)有通用的TC4、TC21滲氮工藝相比，本專利技術的有益效果如下：(一)能提高合金低溫滲氮的效率，大大增加了低溫滲氮的效果，使其與高溫滲氮的性能相當，改變了Ti合金低溫滲氮時滲層生長率低，幾乎無法進入工業(yè)應用的問題。設滲氮后本專利技術的復合低溫滲氮工藝取得的硬度增加值為ΔH2，通用滲氮工藝取得的硬度增加值為ΔH1，則ΔH2遠大于ΔH1。比如TC4在變形率為30％，滲氮溫度為500℃時滲氮16h，ΔH2/ΔH1可達231％。又比如在540℃/40％/16h工藝下，TC4用本專利技術的復合低溫滲氮工藝處理，得到表面硬度值HV661，與通用滲氮工藝700℃/10h得到的表面硬度HV630的值相當。(二)在滲氮時產(chǎn)生時效強化，使基體的強度增加，改變了在650℃到900℃的高溫區(qū)間滲氮時，高溫導致基體內(nèi)晶粒長大，強度和疲勞性能降低的情況。比如在TC4合金使用通用滲氮工藝滲氮，900℃滲氮24h后，基體晶粒從3μm長大到14.1μm，強度下降13％；而使用本專利技術的復合低溫滲氮工藝滲氮后的合金，540℃/22h工藝下滲氮后，表現(xiàn)出合金的時效效應，基體組織晶粒細化，基體硬度比滲氮前增加了HV100，可見復合低溫滲氮后基體性能得到了改善，與高溫滲氮后合金基體性能的變化趨勢相反。附圖說明圖1為實施例3復合低溫滲氮工藝后零件的表面硬度。圖2a-圖2c為實施例3復合低溫滲氮工藝后零件的基體組織金相，其中：圖2a為0％變形率；圖2b為30％變形率；圖2c為50％變形率。圖3為實施例3復合低溫滲氮工藝后零件的基體硬度。圖4為實施例3復合低溫滲氮工藝后零件的磨損實驗磨損率。圖5a-圖5b為實施例3復合低溫滲氮工藝后零件的磨損試驗磨痕形貌，其中：圖5a為宏觀形貌；圖5b為微觀形貌。具體實施方式以下結合實施例對本專利技術作進一步的說明，但本專利技術不僅限于這些實施例，在未脫離本專利技術宗旨的前提下，所作的任何改進均落在本專利技術的保護范圍內(nèi)。實施例1：(1)零件用TC4合金制造；(2)固溶處理：零件毛坯在820℃的溫度下加熱然后水淬；(3)冷變形處理：進行冷擺碾成形，變形率為20％—40％；(4)滲氮：進行離子滲氮，滲氮溫度400℃，滲氮時間7h。實施例2：(1)零件用TC4合金制造；(2)固溶處理：零件毛坯在820℃的溫度下加熱然后水淬；(3)冷變形處理：進行冷碾環(huán)成形，變形率為20％—40％；(4)滲氮：進行離子滲氮，滲氮溫度500℃，滲氮時間16h。實施例3：(1)零件用TC4合金制造；(2)固溶處理：零件毛坯在820℃的溫度下加熱然后水淬；(3)冷變形處理：進行冷碾環(huán)成形，變形率為20％—40％；(4)滲氮：進行離子滲氮，滲氮溫度540℃，滲氮時間16h。上述各實施例中，必要時變形后進行切削加工至滿足產(chǎn)品工藝要求的尺寸。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種對有時效強化效應的Ti合金環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝，其特征是包括如下步驟：(1)對有時效強化效應的Ti合金零件進行固溶處理；(2)進行冷碾環(huán)或冷擺碾成形，形成Ti合金環(huán)狀類型零件；(3)在400℃—640℃下滲氮。

【技術特征摘要】
1.一種對有時效強化效應的Ti合金環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝，其特征是包括如下步驟：(1)對有時效強化效應的Ti合金零件進行固溶處理；(2)進行冷碾環(huán)或冷擺碾成形，形成Ti合金環(huán)狀類型零件；(3)在400℃—640℃下滲氮。2.根據(jù)權利要求1所述的對有時效強化效應的Ti合金環(huán)狀類型零件的復合低溫滲氮工藝，其特征是：所述固溶處理是在720℃-850℃的溫度下加熱，然后水淬。3.根據(jù)權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：朱小碩，傅宇東，閆峰，劉冠杞，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江,23