[发明专利]一种钛合金高强度直齿条加工方法

摘要

本发明涉及一种钛合金高强度直齿条成形领域，尤其是涉及一种添加碳化钛‑碳纳米管粒子的钛合金粉末材料在超声导入下通过连续旋转挤压‑等通道转角剧烈塑性变形‑拉拔成形相结合的方法加工钛合金高强度直齿条。本发明钛合金粉末材料以钛、铝、钼和钒为组元，其组成可用aTi‑bAL‑cMo‑dV表示，其中a：83‑89，b：5‑8，c：1‑3，d：6‑9且a+b+c+d=100。具有纳米晶组织的钛合金高强度直齿条，其特殊之处是：其是以添加碳化钛‑碳纳米管粒子的钛合金粉末复合超声振动辅助连续旋转挤压‑等通道转角拉拔成形工艺制备高强度齿条。因此，本发明提出了一种通过剧烈塑性变形与成形相结合的方法加工钛合金高强度直齿条，能够应用于航空航天、工业机器人领域。

主权项

1.一种钛合金高强度直齿条加工方法，通过添加碳化钛‑碳纳米管粒子的钛合金粉末材料在超声导入下通过连续旋转挤压‑等通道转角剧烈塑性变形‑拉拔成形相结合的方法加工钛合金高强度直齿条通过以下技术方案实现：（a）氮化钛‑碳纳米管超细粉制备：首先制备碳纳米管粉末是将下列金属钙Ca、镁Mg、铜Cu、铝Al、镍Ni和钴与水H2O的硝酸盐溶液，其成分配比均为1：1：1：1：1：1：11，将上述硝酸盐溶液、硝酸含量为60%的水溶液和氢氧化钠含量为40%的水溶液按质量1:1:1比例混合均匀，将沉淀物进行过滤获得，然后置于真空干燥箱中于550℃，煅烧18小时，然后在球磨机中球磨为20μm的超细粉末为反应催化剂，将上述方法制备的粉末置于钢反应器中，向钢反应器中吹入体积比为9:1的丙烯和氮气的混合气体，体的压力为0.05‑0.3Mpa，气体流量为0.4 m3/Min，氮气为稀释剂，用于调节反应速度及粉末生长速度，反应温度为660℃，反应时间为60 Min，制得碳纳米管干粉，将干粉经过球磨24小时获得超细碳纳米管干粉，最后得到平均颗粒度为40纳米‑100纳米的超细粉末颗粒；其次制备氮化钛粉末，将钛粉与碳酰胺CO(NH2)2按照质量为1:1的比例混合均匀，在氩气保护下采用机械化球磨法24小时，使钛粉与碳酰胺发生反应，制备出氮化钛产物粉末，将氮化钛经过球磨24小时获得超细氮化钛干粉，最后得到平均颗粒度为40纳米‑100纳米的超细粉末颗粒；最后将碳纳米管粉末和氮化钛粉末按照质量1：1配比混合均匀，将制得的氮化钛‑碳纳米管混合物颗粒经过球磨24小时获得超细氮化钛‑碳纳米管超细混合物粉末；（b）钛合金高强度齿条材料基体材料金属粉混合物配制化学成份及重量百分比是以钛、铝、钼和钒为组元，其组成可用aTi‑bAL‑cMo‑dV表示，其中a：83‑89，b：5‑8，c：1‑3，d：6‑9且a+b+c+d=100，通过机械化球磨法进行粒度细化处理，最后得到平均颗粒度为40纳米‑100纳米的超细钛基金属混合物超细粉；（c）将细化后的氮化钛‑碳纳米管纳米超细粉和钛基金属混合物超细粉以重量比1：99的比例进行混合；（d）复合超声振动连续旋转挤压‑等通道转角剧烈塑性变形‑拉拔成形过程：变幅杆振动频率20‑100kHz，振幅10‑100μm，工具头距主驱动辊轮轴线10‑50毫米，工具头距主驱动辊轮轴线10‑50毫米，选择连续旋转挤压装置，实现粉末的连续剧烈塑性变形，通过驱动辊轮提供驱动动力，推进钛合金混合粉末咬入连续旋转挤压‑等通道转角变形模具，混合粉末材料在连续旋转挤压驱动辊轮驱动下穿过连续旋转挤压模具型腔，通过主驱动辊轮驱动发生连续旋转挤压和等通道转角剧烈塑性变形，主驱动辊轮的驱动速度为15‑30r/min，变形温度设定为室温25℃，连续旋转挤压‑等通道转角变形工艺过程实现了自动化，既可以为坯料提供驱动力，并且主驱动辊轮的使用也保证了材料尺寸精度；另外，在坯料穿过模具型腔时，材料发生纯剪切变形，在没有改变材料横截面积的情况下，实现了材料剧烈塑性变形的高强化和晶粒超细化；把挤出的齿条板的料头通过钢丝绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下拉拔下，获得高强化和纳米化的齿条材料；（e）拉拔矫形过程：拉拔装置以在600‑900KN的牵引力下，将高强度齿条材料料进行拉拔矫形；（f）获得直齿条：获得较长尺寸的直齿条材料，然后线切割最终成形直齿条成品件，该工序可以实现更高的直齿条加工效率。