CN1329181A - TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺 - Google Patents

TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺 Download PDF

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Abstract

TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺方法为:(一)渗氮前的预处理工艺:将切试样表面抛光,去脂清洗,将试样放入带有保护气氛的热处理炉或真空热处理炉中,在900℃去应力退火5h;(二)渗氮工艺:将试样以及适量的NH4Cl放入石英管电阻加热炉中,待炉口密封好后通人氩气,加入NH4Cl,与石英砂混合,打开电源升温,调整氨气流量,进行保温,渗氮,关掉氨气,试样随炉冷却,并通入氩气。

Description

TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺
本发明涉及的是一种渗氮工艺，特别是一种TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺，属于金属热处理领域。
气体渗氮广泛应用于钢铁材料，它是在钢铁材料表层富集氮的一种化学热处理方法，这种处理通常是使含有铝、铬、铜、钛或钒的合金钢工件在氨气中进行渗氮，渗氮温度在773K～863K之间。在所有工业领域中，应用渗氮来提高强度、抗磨损和抗腐蚀性能，已在技术上获得广泛应用。然而由于TiAl基合金室温组织通常由大量的γ相和少量的α2相组成，而且γ相为Ll0型面心立方结构，因此TiAl基合金的渗氮较钢铁，甚至铝含量低的其他Ti-Al系的合金都要困难。通过对现有技术的检索，发现《Surface and Coatings Technology》78(1996)211-218，由作者：C.L.Chu发表一文“Ion nitriding of titaniumaluminides with 25-53 at.％AL I：Nitriding parameters and microstructurecharacterization”，该技术主要研究了氮化温度、氮化时间、工作气压以及工作气氛(按氮气和氢气不同配比)对氮化的影响，氮化温度和时间是影响氮化后试样表面硬度的主要因素。该技术的主要缺点在于高能离子的轰击使工件的粗糙度和变形变大，成本很高。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺。
本发明的技术方案和实施情况如下：本发明的工艺方法主要包括：渗氮前的预处理工艺和渗氮工艺，具体为：
(一)渗氮前的预处理工艺：
1.将切割好的试样表面抛光至No.1000水砂纸，然后在丙酮和酒精中进行去脂清洗，
2.将清洗好的试样放入带有保护气氛的热处理炉或真空热处理炉中，在900℃去应力退火5h，
(二)渗氮工艺：
1.将试样以及适量的NH4Cl放入石英管电阻加热炉中，待炉口密封好后通入氩气，以驱赶炉中的空气，加入NH4Cl，主要是利用它在渗氮炉中分解产生HCl来除去工件表面的钝化膜，同时它还有促进金属氮化物形成的作用，由于NH4Cl在高于523K的情况下很快分解，故一般将NH4Cl与石英砂混合，装在不锈钢盒内，NH4Cl的量以每立方米渗氮炉容积加入0.4kg～0.5kg时效果最好，
2.打开电源升温，当到达预定温度后将氨气流量调整到5cm3·s-1～30cm3·s-1，按照30h—100h的时间进行保温，渗氮温度为1073K～1213K，当达到保温时间后关掉氨气，试样随炉冷却，并通入氩气，防止试样氧化。
以下进一步提供实施例：
实施例一
1试样进行渗氮前预处理：
(1)将切割好的试样表面抛光至No.1000水砂纸，然后在丙酮和酒精中进行去脂清洗，
(2)将清洗好的试样放入带有Ar保护气氛的热处理炉中，在900℃去应力退火5h，
2渗氮工艺，工艺参数如下表1所示：
表1实施例三渗氮工艺参数
渗氮温度(K)    氨气流量(cm3·s-1) 保温时间(h)
1073           5                    30
3实施效果：
其表面努氏硬度为761kg·mm-2，渗层厚度为13μm。
实施例二
1试样进行渗氮前预处理：
(1)将切割好的试样表面抛光至No.1000水砂纸，然后在丙酮和酒精中进行去脂清洗。
(2)将清洗好的试样放入带有Ar保护气氛的热处理炉中，在900℃去应力退火5h。
2渗氮，工艺参数如下表2所示：
表2实施例三渗氮工艺参数
渗氮温度(K)    氨气流量(cm3·s-1)  保温时间(h)
1133           15                    50
3实施效果：
其表面努氏硬度为957kg·mm-2，渗层厚度为50μm。
实施例三
1.试样进行渗氮前预处理：
(1)将切割好的试样表面抛光至No.1000水砂纸，然后在丙酮和酒精中进行去脂清洗。
(2)将清洗好的试样放入带有Ar保护气氛的热处理炉中，在900℃去应力退火5h。
2渗氮工艺，工艺参数如下表3所示：
表3实施例三渗氮工艺参数
渗氮温度(K)    氨气流量(cm3·s-1)  保温时间(h)
1213           30                    100
3实施效果：
其表面努氏硬度为1919kg·mm-2，渗层厚度为105μm。
本发明具有实质性特点和显著进步，在合金表面形成氮化物、扩散层以及合金基体的复合层可以大幅度提高TiAl基合金表面硬度，使渗氮速度提高2～3倍。当渗氮温度提高到1213K，渗氮时间延长到100h，试样的表面努氏硬度可达1919kg·mm-2。

Claims (2)

1、一种TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺，其特征在于工艺方法主要包括：渗氮前的预处理工艺和渗氮工艺，具体为：
(一)渗氮前的预处理工艺：
①将切割好的试样表面抛光至No.1000水砂纸，然后在丙酮和酒精中进行去脂清洗，
②将清洗好的试样放入带有保护气氛的热处理炉或真空热处理中，在900℃去应力退火5h，
(二)渗氮工艺：
①将试样以及适量的NH4Cl放入石英管电阻加热炉中，待炉口密封好后通入氩气，加入NH4Cl，将NH4Cl与石英砂混合，装在不锈钢盒内，
②打开电源升温，当到达预定温度后将氨气流量调整到5cm3.s-1～30cm3.s-1，按照30h—100h的时间进行保温，渗氮温度为1073K～1213k，当达到保温时间后关掉氨气，试样随炉冷却，并通入氩气。
2、根据权利要求1所述的这种TiAl基合金的快速高温气体渗氮工艺，其特征在于NH4Cl的量以每立方米渗氮炉容积加入0.4kg～0.5kg时效果最好。
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