[發明專利]薄壁中小尺寸非對稱回轉類鈦合金零件氮化變形控制方法

有效

• 申請號: 201811479928.7
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109680243B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 孫振淋;吳彥芬;辛玉武;何培剛;錢鈺
• 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: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;C22F1/18;C23F17/00;C21D9/00
• 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，涉及一種薄壁中小尺寸非對稱回轉復雜結構鈦合金零件高溫離子氮化下變形的超精控制方法。利用TC4材質的筒形工裝，借助不銹鋼導管、TC4材質的鈦合金輔助支撐立柱，使零件、工裝與離子氮化爐有效工作區三者幾何中心重合。零件氮化前進行800～950℃高溫退火處理，以0.5～4℃/min的升溫與降溫速率進行300～450℃、500～650℃階梯性升溫、保溫與降溫。氮化使用具有輔助熱源的專用設備，升溫到300～400℃時啟動輝光加熱系統，780～900℃氮化2～20h，實現了尺寸不大于100mm、有效壁厚2～5mm的薄壁非對稱回轉復雜結構鈦合金零件高溫離子氮化下變形的超精控制，變形量不超過0.010mm。

技術領域

本發明屬于金屬熱處理技術領域，涉及一種薄壁中小尺寸非對稱回轉復雜結構鈦合金零件高溫離子氮化下變形的超精控制方法。

背景技術

傳統零件離子氮化后對變形控制的要求較低，只要零件離子氮化后滲層符合工藝要求即可。鈦合金離子氮化需要在780℃以上的高溫下進行，目前，受離子氮化裝備及現有技術條件的限制，鈦合金薄壁復雜結構零件，尤其是非對稱回轉類薄壁零件，難度極大。

航空航天領域在減重及比強度設計的雙重要求下，一些復雜結構薄壁中小尺寸非對稱回轉零件對變形提出了極高的要求，離子氮化后變形量不超過0.01mm，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：提供一種薄壁中小尺寸非對稱回轉復雜結構鈦合金零件高溫離子氮化下變形的超精控制方法。

本發明的技術解決方案為：一種薄壁中小尺寸非對稱回轉復雜結構鈦合金零件高溫離子氮化下變形的超精控制方法，利用輔助工裝陰極，在離子氮化爐內構建起等電勢局域負輝區空間。

所述鈦合金離子氮化專用工裝為筒形結構，工裝結構見附圖1所示。通過不銹鋼導管支撐，與陰極盤相連，并處于鈦合金離子氮化專用設備有效工作區的幾何中心。

所述鈦合金薄壁零件放入鈦合金離子氮化專用工裝中。

所述鈦合金零件使用鈦合金TC4材料制作的輔助支撐立柱，使零件軸心與工裝軸心同軸。

所述輔助支撐立柱，為提高零件在離子氮化過程中的電流密度，其與零件接觸位置向下30mm以內，立柱直徑不能大于φ5mm，立柱需要均布于筒形工裝底部并處于同一高度水平。

所述工裝材質為TC4。

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。

所述鈦合金零件尺寸不大于100mm、有效壁厚2～5mm，零件外徑與筒形工裝內壁最小單邊距離大于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780～900℃，氮化保溫時間為2～20h。

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。