CN109518122B - 薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法。本发明利用TA7材质的筒形工装，借助1Cr18Ni9Ti不锈钢导管、TA7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，零件离子氮化时通过离子氮化炉中部控温热电偶监控零件实际工艺温度。零件氮化前850～950℃高温退火处理，以0.5～4℃/min升温与降温速率进行300～450℃、500～650℃阶梯性升温、保温与降温，到温保温时间需在2～4h。氮化使用辅助热源专用设备，升温到300～400℃启动辉光加热系统，750～880℃氮化6～20h。氮化时氮化层零件冶金质量合格的同时，变形量不超过0.015mm。

Description

薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法。
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750℃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。
一些重要复杂结构钛合金薄壁大尺寸非对称回转零件，高温离子氮化后，除需保证零件表面硬度、氮化层深度等冶金质量之外，还对氮化后变形提出了极高的要求，离子氮化后变形量不超过0.015mm，目前现有工艺技术无法达到技术要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，除能够满足表面硬度HV800以上、有效硬化层深度0.05mm以上之外，还能够保证其氮化后变形量不超过0.015mm。
本发明的技术解决方案为：一种薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，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，其中，所述辅助工装阴极为筒形工装与阴极盘相连，并处于离子氮化炉有效工作区几何中心，钛合金零件与筒形工装处于水平位置。
所述辅助工装阴极通过1Cr18Ni9Ti不锈钢导管支撑。
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TA7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40mm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TA7。
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100～200mm、有效壁厚2～5mm，零件与筒形工装最小间距大于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750～880℃，氮化保温时间为6～20h。
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。
本发明的技术效果是：本发明薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，利用辅助阴极筒形工装构建等电势局域负辉区空间，通过零件、工装与离子氮化炉内有效工作区三者几何中心重叠的方式，离子氮化时采取阶梯升温、保温及降温，钛合金零件氮化层表面硬度HV800、氮化层深度大于0.05mm以上的同时，实现了薄壁大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，变形量不超过0.015mm。
附图说明
图1是零件、筒形工装与离子氮化炉有效工作区“三心”重合示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是大尺寸非对称回转薄壁钛合金零件示意图；
图4是图3的俯视图，
其中，1-筒形工装下底板、2-筒形工装防护罩、3-辅助支撑销立柱、4-离子氮化炉中部控温热电偶、5-离子氮化炉有效工作区。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
本发明以某规格TA7牌号钛合金薄壁零件复杂结构零件为例，其示意图见图2所示，其有效壁厚仅为3mm。
本发明选取带有辅助热源的钛合金离子氮化专用设备(离子氮化炉)，可以提高炉内几何空间炉温均匀性，降低炉温波动，减小因炉温波动造成的零件变形程度。通过使用1Cr18Ni不锈钢导管支撑，与阴极盘相连，利用TA7材质筒形辅助阴极工装，在离子氮化炉内构建起等电势负辉区几何空间，离子氮化工艺阶段，工装与零件同材质，可以保证工装与零件在高温下线膨胀系数相同，使二者几何中心重合。
在筒形工装的几何空间内，带电阳离子受到等电势的影响，对筒形工装内的零件轰击均匀性大幅提升，宏观表现为零件的受热均匀性得到改善。
使用辅助支撑立柱直径为φ5mm，用于支撑零件，可以有效提高离子氮化炉内阴极盘通过辅助立柱向零件传输的电流强度，减小辉光层厚度。
零件外径与筒形工装内壁最小单边距离为30mm，可有效避免空心阴极效应的产生。
将阴极盘底部控温热电偶通过筒形工装中部插入至钛合金零件附近，提高了零件在氮化过程中的工艺温度监控能力。筒形工装上下底面均有孔洞，便于带电粒子从工装上下两侧同时轰击零件，零件上下两个方向受热均匀。
通过使零件、筒形工装及离子氮化炉有效工作区三者几何中心重叠，大幅提升了零件在离子氮化时各个方向受到带电粒子热轰击的一致性，即受热均匀性得到有效保证。
零件氮化前进行900℃高温退火6h后，再进行高温离子氮化，提高了零件在高温下的组织热稳定性，减小因组织不稳定造成的零件尺寸变形。
零件采取阶梯方式升降温，从室温升到400℃升温速率为2℃/min，当炉温升温到300℃时，启动辉光加热系统，400℃到温后保温4h，然后以1.5℃/min升温至550℃，到温后保温2h，继续以1℃/min升温至830℃，保温10h。然后以1℃/min降温至550℃，到温后保温2h，再以1.5℃/min降温至400℃，到温后保温2h，停止辉光加热系统，最后以2℃/min降至200℃后，开炉并取出钛合金零件。钛合金导热较差，零件采取阶梯升温、保温和降温，可以有效减少大尺寸钛合金零件因内外温差所致的热应力产生宏观变形。
通过上述方法的采用，该零件离子氮化后，表面硬度HV1189，硬化层深度0.07mm，最终椭圆与锥度均低于0.007mm，在满足冶金质量要求的同时，实现了大尺寸非对称回转类钛合金零件高温离子氮化变形的超精控制。

Claims (5)

1.一种薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，其特征在于，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，其中，所述辅助工装阴极为筒形工装与阴极盘相连，并处于离子氮化炉有效工作区几何中心，钛合金零件与筒形工装处于水平位置；
钛合金零件使用钛合金TA 7材料制作的辅助支撑立柱，并使钛合金零件轴心与工装轴心同轴；
所述辅助支撑立柱与零件接触位置向下40mm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；
所述离子氮化炉具有辅助热源，且在300～400℃时启动辉光加热系统；
所述钛合金零件在离子氮化前进行800～950℃高温退火处理；
所述钛合金零件离子氮化工艺温度为750～880℃，氮化保温时间为6～20h，氮化层表面硬度HV800以上、氮化层深度0.05mm以上。
2.根据权利要求1所述的薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，其特征在于，所述辅助工装阴极通过1Cr18Ni9Ti不锈钢导管支撑。
3.根据权利要求1所述的薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，其特征在于，在离子氮化炉中部打孔，并引入控温热电偶，控温热电偶需与钛合金零件通过筒形工装侧壁槽孔引至钛合金零件附近。
4.根据权利要求1所述的薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，其特征在于，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，阶梯升温与降温温度范围分别为300～450℃、500～650℃，到温保温时间为2～4h。
5.根据权利要求1所述的薄壁大尺寸非对称回转类钛合金零件离子氮化控制方法，其特征在于，所述钛合金零件尺寸100～200mm、有效壁厚2～5mm。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111636046B (zh) * 2020-05-09 2023-03-31 北京卫星制造厂有限公司 一种钛合金部件深腔螺纹局部离子渗氮的方法
CN112712956B (zh) * 2020-12-16 2022-05-31 横店集团东磁股份有限公司 一种稀土磁体的氮化方法及氮化稀土磁体

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61157671A (ja) * 1984-12-28 1986-07-17 Sumitomo Metal Ind Ltd 低温プラズマによるチタンの酸化着色法
CN2333715Y (zh) * 1998-07-02 1999-08-18 福州大学 用普通离子渗氮设备进行钛板渗氮的装置
CN101736282A (zh) * 2008-11-20 2010-06-16 贾维静 合金铸铁中温氮化处理工艺
CN108396283A (zh) * 2018-04-11 2018-08-14 哈尔滨工程大学 对有时效强化效应的钛合金低温碳氮共渗同时时效的工艺
CN109518121A (zh) * 2018-11-21 2019-03-26 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种利用空心阴极效应调控薄壁钛合金零件变形的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9139902B2 (en) * 2011-03-10 2015-09-22 Korea Institute Of Science And Technology Method and apparatus for plasma ion implantation of solid element
CN103320772B (zh) * 2013-07-04 2015-06-10 大连理工大学 一种金属内表面改性的装置和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61157671A (ja) * 1984-12-28 1986-07-17 Sumitomo Metal Ind Ltd 低温プラズマによるチタンの酸化着色法
CN2333715Y (zh) * 1998-07-02 1999-08-18 福州大学 用普通离子渗氮设备进行钛板渗氮的装置
CN101736282A (zh) * 2008-11-20 2010-06-16 贾维静 合金铸铁中温氮化处理工艺
CN108396283A (zh) * 2018-04-11 2018-08-14 哈尔滨工程大学 对有时效强化效应的钛合金低温碳氮共渗同时时效的工艺
CN109518121A (zh) * 2018-11-21 2019-03-26 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种利用空心阴极效应调控薄壁钛合金零件变形的方法

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