[發(fā)明專利]一種適用于規(guī)則輪廓TC4鈦合金的表面高頻感應(yīng)處理硬化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210322408.5
• 申請(qǐng)日: 2022-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114934247B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)明攀;徐丹;簡(jiǎn)仕超;黃朝文;馮爭(zhēng);王道益
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州大學(xué);貴州航銳航空精密零部件制造有限公司
• 主分類號(hào): C22F1/18
• 分類號(hào): C22F1/18;C21D1/10;C22F1/02;C21D11/00;C21D1/613;B24B1/00
• 代理公司: 貴陽(yáng)春秋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 52109
• 代理人: 李萬(wàn)強(qiáng)

本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于規(guī)則輪廓TC4鈦合金的表面高頻感應(yīng)處理硬化方法，通過(guò)超高頻感應(yīng)加熱對(duì)最大厚度或直徑不大于10cm且外形規(guī)則的TC4鈦合金進(jìn)行加熱。超高頻感應(yīng)加熱設(shè)備最大功率為10kW，頻率為600KHz?1100KHz，加熱時(shí)間1～5s，然后進(jìn)行冷卻，最后在真空熱處理爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為380℃～550℃，保溫4h～8h取出。本發(fā)明TC4鈦合金表面硬化方法與其它硬化方法相比具有方便可控，顯微組織呈梯度分布，表層和心部的結(jié)合更加牢固，表層硬度提高，可以在要求表面硬度較高的TC4鈦合金構(gòu)件中使用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種針對(duì)鈦合金表面熱處理硬化方法，尤其涉及一種適用于規(guī)則輪廓TC4鈦合金的表面高頻感應(yīng)處理硬化方法。

背景技術(shù)

鈦合金因具有高的比強(qiáng)度、良好的耐熱性和耐腐蝕性能等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程、石油化工和醫(yī)療等領(lǐng)域。特別是雙相鈦合金因綜合性能優(yōu)良，在航空航天工業(yè)用量占鈦合金總用量的70?%，TC4鈦合金是用量最大的雙相鈦合金。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到鈦合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，使鈦合金的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，鈦合金存在對(duì)粘著磨損和微動(dòng)損傷敏感，耐磨性差，對(duì)聚合物、金屬及陶瓷涂層附著力差等缺點(diǎn)。特別是當(dāng)鈦合金零件作為運(yùn)動(dòng)副零件時(shí)，耐磨性成為影響其使用性能和壽命的最重要的因素之一。研究表明鈦合金的耐磨性與零件的表面狀態(tài)和硬度有很大關(guān)系。鈦合金零件在工作過(guò)程中，常常會(huì)因其表面硬度低而易發(fā)生微動(dòng)磨損、接觸疲勞、摩擦磨損、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕等失效現(xiàn)象。因此，鈦合金的表面硬化處理技術(shù)一直受到材料工作者重視，采用何種材料表面改性技術(shù)來(lái)提高零件的表面硬度成為關(guān)鍵問(wèn)題。

鈦合金的力學(xué)性能很大程度上取決于其相分布、熱機(jī)械加工過(guò)程中形成的微觀組織以及最終的熱處理工藝。鈦合金組織形態(tài)可分為四種典型組織包括等軸組織、雙態(tài)組織、網(wǎng)籃組織和魏氏組織。每種顯微組織的鈦合金表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能。等軸和雙態(tài)組織均由等軸狀的α相和β相組成。當(dāng)初生α相的相對(duì)含量為大于50?%時(shí)為等軸組織，該組織的塑性高、抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力好；當(dāng)初生α相的相對(duì)含量小于50?%時(shí)為雙態(tài)組織，該組織在室溫拉伸性能和熱穩(wěn)定性能與等軸組織的性能類似，但是斷裂韌性及疲勞性較好。網(wǎng)籃組織α片短或α+β小片短而歪扭，晶界α相已經(jīng)不明顯，晶內(nèi)片狀α相變短變粗，在原始β晶粒的輪廓內(nèi)呈網(wǎng)籃狀編織的片狀結(jié)構(gòu)，其具有較好的塑性、韌性以及高周疲勞強(qiáng)度。魏氏組織的組織特征為β晶粒邊界清晰完整，晶界α相非常明顯，晶內(nèi)α相呈粗片狀規(guī)則排列，一般都存在粗大集束，長(zhǎng)而平直，并具有較大的縱橫比。其斷裂韌性、蠕變性能和硬度相對(duì)較高，但塑性、抗應(yīng)力腐蝕性能差。

目前，適用于鈦合金表面處理技術(shù)主要有氣相沉積、熱滲鍍、激光表面處理、離子注入、轉(zhuǎn)化膜、噴丸、熱噴涂、化學(xué)鍍、電鍍等。它們的主要作用一是提高鈦合金零件的防腐蝕、耐磨、防高溫、提高生物活性或延長(zhǎng)使用壽命，如表面氧化、表面氮化等；?二是提高零件表層的強(qiáng)度和硬度，如通過(guò)表面涂裝有機(jī)或無(wú)機(jī)涂層，以及通過(guò)離子鍍或超聲速火焰噴涂硬質(zhì)合金等鍍層。

氣相沉積可以在鈦合金的零件表面上獲得金屬或非金屬涂層，它克服了涂層與基體結(jié)合力差的缺點(diǎn)，且不易帶來(lái)氫脆問(wèn)題，較傳統(tǒng)電鍍層致密，膜基結(jié)合強(qiáng)度高。離子注入可以通過(guò)注入離子起到明顯的固溶強(qiáng)化作用，提高表層強(qiáng)度，并在表面產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力。熱噴涂是在零件表面涂上耐磨涂層或有機(jī)涂層的表面處理工藝。各種工藝都具有各自的特點(diǎn)，有些工藝對(duì)設(shè)備的要求比較高。

應(yīng)加熱表面淬火是一種常見(jiàn)的表面淬火方法，因它具有以下優(yōu)點(diǎn)在鋼鐵零件中廣泛應(yīng)用。(1)?感應(yīng)加熱速度快；(2)加熱時(shí)間短，零件表面氧化脫碳少；(3)?能進(jìn)行選擇性加熱；(4)?可通過(guò)電氣參數(shù)對(duì)過(guò)程進(jìn)行精確的工藝控制。鋼鐵零件經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱后快速冷卻，可以獲得“表硬里韌”的梯度結(jié)構(gòu)，從而提高零件表面的硬度、耐磨性和抗疲勞性能等，以大幅度延長(zhǎng)零件的使用壽命。而就TC4鈦合金來(lái)說(shuō)，可以利用同樣的原理來(lái)提高零件的表面硬度。將TC4鈦合金零件經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱后快速冷卻，然后再在一定的溫度下進(jìn)行低溫時(shí)效處理，在零件表面析出細(xì)小、彌散的第二相，同樣可以獲得“表硬里韌”的梯度結(jié)構(gòu)，從而提高零件表面的硬度。

發(fā)明內(nèi)容