一种钛合金齿轮的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种钛合金齿轮的制造方法，将钛合金加工的齿轮零件制品表面经过氮化处理后，表面生成强共价键TiN陶瓷膜层，这层TiN陶瓷膜层表面硬度大幅提升，承载载荷能力显著提高。本发明制造的齿轮，重量轻，同时具有承载力高、耐磨性好的特点，适用于机械传动系统中，尤其是航空、航天领域。
【专利说明】
一种钛合金齿轮的制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种制造方法，尤其是一种钛合金齿轮的制造方法。
【背景技术】
[0002]钛合金材料因为其强度高、中温力学性能稳定，耐蚀性好的特点，以及其密度大约在4.5g/cm3左右，对于未来航空航天器件减重至关重要，钛合金的耐蚀性可以在核工业、海洋及石化领域发挥出无可替代的作用，且钛合金无磁性，在精密元器件领域将有广泛的应用前景。由于钛合金的硬度与渗碳或氮化后齿轮钢的心部硬度相接近，可以用来制造齿轮等传动零件，然而与渗碳层或氮化层的高硬度相比，钛合金制作的齿轮表层承载力相对低，耐磨性较差，即便是使用TB系列可热处理强化型钛合金，其承载能力仍然无法与渗碳钢渗碳层或氮化钢氮化层相比。因此，钛合金齿轮表面强化技术将是未来钛合金齿轮广泛应用必须面对的技术共性问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种钛合金齿轮的制造方法，使用该方法制造的齿轮具有承载力高、耐磨性好的特点。
[0004]本发明的具体技术方案是，所述的钛合金齿轮的制造方法包括以下步骤:
1、将钛合金加工成齿轮，所述的齿轮除齿面外均加工至要求尺寸，齿面处的加工余量不大于0.01mm；
2、将齿轮置于钛合金氮化炉内，抽真空至10—2Tor以下后，进行氮化；
3、为保证氮化后齿轮变形问题，氮化炉的升温速率在0.5?5°C/min，升温至450?600°C时保温I?2h;
4、继续以0.5?3°C /min的升温速率继续升温至700?950 °C范围内进行保温，保温时间为10?50h;
5、氮化后随炉冷却至200°C以下打开炉门，取出齿轮；
6、将齿轮空冷至室温后，对齿面部分修磨至规定尺寸。
[0005]所述的钛合金包括ΤΑ(α相)、ΤΒ(β相)和Τ(:(α+β双相)三大类钛合金材料，以及TiAUTi3Al和Ti2AlNb三种钛金属间化合物。
[0006]本发明将钛合金加工的齿轮零件制品表面经过氮化处理后，表面生成强共价键TiN陶瓷膜层，这层TiN陶瓷膜层表面硬度大幅提升，承载载荷能力显著提高。经测试，该膜层在10g载荷作用下，膜层显微硬度可以达到HV800以上，有效硬化层厚度在0.1Omm以上。因此，通过本发明制造的齿轮，重量轻的同时，具有承载力高、耐磨性好的特点，适用于机械传动系统中，尤其是航空、航天领域。
【具体实施方式】
[0007]钛合金齿轮的制造方法包括以下步骤: 1、将钛合金加工成齿轮，所述的齿轮除齿面外均加工至要求尺寸，齿面处的加工余量不大于0.01mm；
2、将齿轮置于钛合金氮化炉内，抽真空至10—2Tor以下后，进行氮化；
3、为保证氮化后齿轮变形问题，氮化炉的升温速率在0.5?5°C/min，升温至450?600°C时保温I?2h;
4、继续以0.5?3°C /min的升温速率继续升温至700?950 °C范围内进行保温，保温时间为10?50h;
5、氮化后随炉冷却至200°C以下打开炉门，取出齿轮；
6、将齿轮空冷至室温后，对齿面部分修磨至规定尺寸。
[0008]所述的钛合金包括ΤΑ(α相)、ΤΒ(β相)和Τ(:(α+β双相)三大类钛合金材料，以及TiAUTi3Al和Ti2AlNb三种钛金属间化合物。
实施例
[0009]某直升机传动系统上使用齿轮，要求重量轻的同时，表面硬度要达到HV700以上，其具体的制造方法如下:
1、将钛合金加工成齿轮，所述的齿轮除齿面外均加工至要求尺寸，齿面处的加工余量为0.0 Imm; 2、将齿轮置于钛合金氮化炉内，抽真空至8 X I O—3Tor后，进行氮化；
3、为保证氮化后齿轮变形问题，氮化炉的升温速率在2°C/min，升温至400°C时保温Ih;
4、继续以1.5°C/min的升温速率继续升温至800°C范围内进行保温，保温时间为20h;
5、氮化后随炉冷却至130°C打开炉门，取出齿轮；
6、将齿轮空冷至室温后，对齿面部分磨削至规定尺寸。
[0010]钛合金齿轮线切割后进行硬度检验，硬度数值分别取氮化表面和芯部未氮化位置，各取三个位置点的硬度平均值，表面硬度为HV983，芯部硬度为HV317，表面氮化层组织耐磨性好，齿轮的心部组织韧性好，钛合金齿轮氮化后，满足要求。
【主权项】
1.一种钛合金齿轮的制造方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤: 1)将钛合金加工成齿轮，所述的齿轮除齿面外均加工至要求尺寸，齿面处的加工余量不大于0.0lmm;所述的钛合金包括α相ΤΑ、β相TB和α+β双相TC三大类钛合金材料，以及TiAl、Ti3Al和Ti2AlNb三种钛金属间化合物； 2)将齿轮置于钛合金氮化炉内，抽真空至10—2Tor以下后，进行氮化； 3)为保证氮化后齿轮变形问题，氮化炉的升温速率在0.5?5°C/min，升温至450?600°C时保温I?2h; 4)继续以0.5?3°C/min的升温速率继续升温至700?950 °C范围内进行保温，保温时间为10?50h; 5)氮化后随炉冷却至200°C以下打开炉门，取出齿轮； 6)将齿轮空冷至室温后，对齿面部分修磨至规定尺寸。
【文档编号】C23C8/24GK105839044SQ201610389167
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】孙振淋, 辛玉武, 刘慧 , 许建武, 徐奉鑫, 吴彦芬, 曲延龙, 王忠明, 刘智超, 陆山
【申请人】哈尔滨东安发动机（集团）有限公司