[发明专利]薄壁中小尺寸非对称回转类钛合金零件氮化变形控制方法

说明书

本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种薄壁中小尺寸非对称回转复杂结构钛合金零件高温离子氮化下变形的超精控制方法。利用TC4材质的筒形工装，借助不锈钢导管、TC4材质的钛合金辅助支撑立柱，使零件、工装与离子氮化炉有效工作区三者几何中心重合。零件氮化前进行800～950℃高温退火处理，以0.5～4℃/min的升温与降温速率进行300～450℃、500～650℃阶梯性升温、保温与降温。氮化使用具有辅助热源的专用设备，升温到300～400℃时启动辉光加热系统，780～900℃氮化2～20h，实现了尺寸不大于100mm、有效壁厚2～5mm的薄壁非对称回转复杂结构钛合金零件高温离子氮化下变形的超精控制，变形量不超过0.010mm。

技术领域

本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种薄壁中小尺寸非对称回转复杂结构钛合金零件高温离子氮化下变形的超精控制方法。

背景技术

传统零件离子氮化后对变形控制的要求较低，只要零件离子氮化后渗层符合工艺要求即可。钛合金离子氮化需要在780℃以上的高温下进行，目前，受离子氮化装备及现有技术条件的限制，钛合金薄壁复杂结构零件，尤其是非对称回转类薄壁零件，难度极大。

航空航天领域在减重及比强度设计的双重要求下，一些复杂结构薄壁中小尺寸非对称回转零件对变形提出了极高的要求，离子氮化后变形量不超过0.01mm，目前现有工艺技术无法达到该项技术要求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种薄壁中小尺寸非对称回转复杂结构钛合金零件高温离子氮化下变形的超精控制方法。

本发明的技术解决方案为：一种薄壁中小尺寸非对称回转复杂结构钛合金零件高温离子氮化下变形的超精控制方法，利用辅助工装阴极，在离子氮化炉内构建起等电势局域负辉区空间。

所述钛合金离子氮化专用工装为筒形结构，工装结构见附图1所示。通过不锈钢导管支撑，与阴极盘相连，并处于钛合金离子氮化专用设备有效工作区的几何中心。

所述钛合金薄壁零件放入钛合金离子氮化专用工装中。

所述钛合金零件使用钛合金TC4材料制作的辅助支撑立柱，使零件轴心与工装轴心同轴。

所述辅助支撑立柱，为提高零件在离子氮化过程中的电流密度，其与零件接触位置向下30mm以内，立柱直径不能大于φ5mm，立柱需要均布于筒形工装底部并处于同一高度水平。

所述工装材质为TC4。

所述钛合金离子氮化专用设备，需要将阴极盘底部控温热电偶通过筒形工装底部孔上引至钛合金零件附近。

所述钛合金零件尺寸不大于100mm、有效壁厚2～5mm，零件外径与筒形工装内壁最小单边距离大于20mm。

所述钛合金零件变形超精控制，需要在离子氮化前对零件进行800～950℃高温退火处理。

所述钛合金零件变形超精控制，离子氮化工艺温度为780～900℃，氮化保温时间为2～20h。

所述钛合金零件变形超精控制，需要在离子氮化时进行阶梯升温、保温与降温，升温与降温速率为0.5～4℃/min。

所述钛合金零件变形超精控制，阶梯升温与降温温度范围分别为300～450℃、500～650℃。

所述钛合金零件变形超精控制，使用的钛合金离子氮化专用设备具有辅助热源，且在300～400℃时启动辉光加热系统。