[发明专利]对有时效强化效应的钛合金低温碳氮共渗同时时效的工艺

说明书

本发明提供的是一种对有时效强化效应的钛合金低温碳氮共渗同时时效的工艺。(1)固溶处理：840℃下加热，保温30‑60分钟，水淬后去掉表面氧化层；(2)冷变形处理：在室温下进行多道次轧制直至达到50％变形率，切削加工得到规定尺寸的工件；(3)碳氮共渗同时时效处理：反应装置为脉冲等离子体炉，碳氮共渗过程中选用的气氛为N₂、H₂和乙醇蒸汽三种气体渗剂，温度为500℃，电压为650V，压升率为0.13P/min，占空比为15～75％，保温时间为2h～22h。本发明能极大程度的提高钛合金表面硬度和耐磨性，且与基体结合力强。而500℃保温过程中的时效过程，可以提高钛合金基体内部的硬度，提升工业应用价值。

技术领域

本发明涉及的是一种钛合金表面处理及热处理方法，具体地说是一种对具有时效强化效应的钛合金低温碳氮共渗同时时效的工艺。

背景技术

作为地壳资源中储量最为丰富的金属之一，钛金属历经了二百余年的发展历史，到今天已在航空、航天、化工、能源等领域得到广泛应用。目前，已研制出的组织成分不同、性能各异的钛合金就多达百种。

其中有一类钛合金具有时效强化效应，如TC4、TC21等。以TC4合金为例，经过固溶处理后，在450℃---650℃区间内进行加热保温，会从过饱和固溶体中析出大量的沉淀物颗粒，导致强度、硬度及部分物理化学性能变化，这一过程被称为时效强化。

这一类钛合金在各领域应用上限制性因素是硬度低、耐磨性差，而目前研究的改性手段大多都采用表面处理技术来提高其硬度和耐磨性，其中碳氮共渗工艺凭借其工艺简单、渗层与基体结合牢固、生成钛的碳化物及氮化物等高硬相对硬度提升显著等优点得以广泛应用。

而目前对这一类钛合金碳氮共渗处理的温度集中在900℃左右，在这种高温条件下的碳氮共渗处理会导致钛合金基体内晶粒尺寸增大，基体韧性降低。同时单纯的高温碳氮共渗处理只能改善钛合金表面硬度，对基体内部硬度提高无明显效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现钛合金的低温碳氮共渗，降低成本，同时提高钛合金基体与表面硬度，改善其摩擦磨损性能的对有时效强化效应的钛合金低温碳氮共渗同时时效的工艺。

本发明的目的是这样实现的：

(1)固溶处理：840℃下加热，保温30-60分钟，水淬后去掉表面氧化层；

(2)冷变形处理：在室温下进行多道次轧制直至达到50％变形率，切削加工得到规定尺寸的工件；

(3)碳氮共渗同时时效处理：反应装置为脉冲等离子体炉，碳氮共渗过程中选用的气氛为N₂、H₂和乙醇蒸汽三种气体渗剂，温度为500℃，电压为650V，压升率为0.13P/min，占空比为15～75％，保温时间为2h～22h。

本发明还可以包括：

1、N₂、H₂和乙醇蒸汽三种气体的流量比例为0.2:0.2:0.1。

2、碳氮共渗同时时效处理之前对工件进行清洗，所述清洗为：别用240、600、800目砂纸对工件表面进行打磨，并在丙酮溶液中进行超声波清洗。

本发明提供了一种对具有时效强化效应的钛合金，如TC4、TC21等，低温碳氮共渗同时时效的工艺，具体来说主要经过固溶—冷轧变形—低温碳氮共渗同时时效等过程。

本发明的方法得到的渗层以TiN、Ti₂N、TiC等钛的氮化物和碳化物为主，这些高硬相能极大程度的提高钛合金表面硬度和耐磨性，且与基体结合力强。而500℃保温过程中的时效过程，可以在一定程度上提高钛合金基体内部的硬度，提升工业应用价值。