[發明專利]一種薄壁雙殼層鈦合金襯套高溫氮化超精變形控制方法

有效

• 申請號: 201811479455.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109609889B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 孫振淋;錢鈺;辛玉武;吳彥芬;何培剛
• 申請（專利權）人: 中國航發哈爾濱東安發動機有限公司
• 主分類號: C23C8/02
• 分類號: C23C8/02;C23C8/36;C22F1/18;C23F17/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張毓靈

本發明屬于金屬熱處理技術領域，涉及一種薄壁雙殼層鈦合金襯套高溫氮化超精變形控制方法。本發明使用帶有輔助熱源的鈦合金離子氮化爐，借助輔助陰極筒形工裝構建等電勢局域負輝區空間，采用機械屏蔽杜絕雙殼層的殼層之間發生空心陰極效應，通過零件、工裝與離子氮化爐內有效工作區三者幾何中心重疊的方式，離子氮化時采取300～450℃、500～650℃階梯性升溫、保溫與降溫，到溫保溫時間2～4h，升溫與降溫速率控制在0.5～4℃/min，氮化前850～950℃高溫退火，升溫到300～400℃啟動輝光加熱系統，750～880℃氮化6～20h。本發明通過上述手段的綜合運用，實現了薄壁雙殼層復雜結構鈦合金襯套零件高溫離子氮化變形的超精控制，變形量不超過0.020mm。

技術領域

本發明屬于金屬熱處理技術領域，涉及一種薄壁雙殼層鈦合金襯套高溫氮化超精變形控制方法。

背景技術

由于鈦與氧、氮的化學親和力非常強，鈦合金氮化只能采取高溫離子氮化，一方面可以有效去除零件表面氧化鈍化膜，另一方面提高氮原子擴散激活能，用以擺脫其與基體鈦原子的原位束縛，進而提升氮化速率。鈦合金熱導率較低，在加熱過程中，零件內外溫升不一致，導致其750℃以上高溫氮化時變形嚴重，尤其是有效壁厚較薄且結構異常復雜的雙殼層鈦合金襯套，其離子氮化結束后，橢圓變形量需要控制在0.020mm以內，經相關文獻與資料檢索，目前現有工藝技術無法達到該項技術要求。

發明內容

本發明的目的是：提供一種薄壁雙殼層鈦合金襯套高溫氮化超精變形控制方法，能夠有效保證該類結構零件在高溫離子氮化后變形量不超過0.02mm。

本發明的技術解決方案為：一種薄壁雙殼層鈦合金襯套高溫氮化超精變形控制方法，通過輔助工裝陰極，輔助陰極為筒形工裝，在離子氮化爐內構建起等電勢局域負輝區空間，筒形工裝與雙殼層襯套外徑距離需大于20mm以上。

借助工裝采取機械屏蔽輝光的方式，將復雜結構雙殼層的殼層回轉槽進行機械屏蔽。

雙殼層薄壁鈦合金襯套與機械屏蔽工裝組合后放入筒形工裝內，機械屏蔽工裝材質與襯套材質一致，且屏蔽工裝與襯套間距不大于0.20mm，筒形工裝上蓋與鈦合金襯套兩者的間隙控制在0.20mm以內，筒形工裝與機械屏蔽用工裝與零件同牌號。

筒形工裝、鈦合金襯套與離子氮化爐有效工作區三者之間，通過1Cr18Ni9Ti不銹鋼套管實現“三心”重合，示意圖見圖1和圖2所示。

所述鈦合金襯套零件與筒形工裝需為同一牌號鈦合金材料。

所述鈦合金離子氮化專用設備，需要將陰極盤底部控溫熱電偶通過筒形工裝底部孔上引至鈦合金零件附近。

所述雙殼層鈦合金零件尺寸50～200mm，所述的零件有效壁厚2～5mm，所述雙殼層的殼層間距在5～20mm。

所述鈦合金零件變形超精控制，需要在離子氮化前對零件進行800～950℃高溫退火處理。

所述鈦合金零件變形超精控制，離子氮化工藝溫度為750～880℃，氮化保溫時間為6～12h。

所述鈦合金零件變形超精控制，需要在離子氮化時進行階梯升溫、保溫與降溫，升溫與降溫速率為0.5～4℃/min。

所述鈦合金零件變形超精控制，階梯升溫與降溫溫度范圍分別為300～450℃、500～650℃。

所述鈦合金零件變形超精控制，使用的鈦合金離子氮化專用設備具有輔助熱源，且在300～400℃時啟動輝光加熱系統。