一种提高TC11钛合金表面渗氧能力的预处理方法与流程

本发明属于表面防护技术领域，特别提供一种提高tc11钛合金表面渗氧能力的预处理方法。

背景技术：

tc11钛合金具有熔点高、比强度高、密度低、疲劳性能高及耐腐蚀性能高等优异的性能，但因表面耐疲劳、硬度、耐磨损和微动磨损性能差的缺点使其应用受到限制，为了提高材料的表面硬度及其耐磨性，一般采用表面渗氧处理。但在前期研究确定的渗氧工艺下渗氧，往往出现渗氧层表面硬度及渗氧层深度不足的现象，达不到零件表面耐磨性要求。目前，为提高tc11钛合金表面渗氧能力，现有技术只能对渗氧工艺进行调整，提高渗氧温度及保温时间，但该方法将造成零件表面质量下降，出现氧化皮现象，并可能对基体力学性能产生一定的影响。

该领域亟需一种在不改变渗氧工艺参数的前提下提高tc11钛合金渗氧能力的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高tc11钛合金表面渗氧能力的预处理方法，该方法在不改变原成熟渗氧工艺参数的前提下，通过采用适当的预备热处理及热处理后适当的加工尺寸控制，来提高tc11钛合金渗氧能力，从而提高tc11钛合金渗氧层表面硬度及渗层深度，大大提高零件渗氧层质量，更好的满足了零件表面耐磨性的要求。

本发明技术方案如下：

一种提高tc11钛合金表面渗氧能力的预处理方法，其特征在于，所述方法为在tc11钛合金零件渗氧前进行真空预处理，处理工艺为：950℃下保温60-70min，保温结束后充0.2-0.4mpa氩气冷却至80℃以下出炉。

本发明所述方法的关键点在于打破常规理念，即提高渗氧层表面硬度及渗氧层深度不单单靠通过改变渗氧工艺才可以实现，也可通过适当的预备热处理实现。

本发明中，按重量百分比计，所述tc11钛合金的组成为5.8～7.0％al、2.8～3.8％mo、0.8～2.0％zr、0.2～0.35％si、其余为ti。

在真空预处理加热前将真空室内压强抽至0.067pa以下。

在真空预处理完成后，本发明采用刚玉砂埋入法渗氧，渗氧工艺优选为：800℃/10h，空冷。

本发明所述零件在渗氧后进行二次退火，退火工艺优选为530℃/6h，空冷。

本发明所述方法能够显著提高tc11钛合金表面渗氧能力，且预处理后可留有一定的加工余量，适用于tc11钛合金所有零件。即所述零件可在真空预处理后直接进行渗氧处理，也可经机加工后进行渗氧处理，机加工余量需控制在0.5mm之内。

研究发现，tc11钛合金零件渗氧前按材料的一次退火制度进行真空退火，真空退火后零件表面加工余量控制在0.5mm之内，可显著提高合金渗氧能力。这是由于渗氧层是氧在α相中的饱和固溶体层，而真空热处理可提高零件近表面α相含量，从而有效的提高合金渗氧能力，进而提高表面硬度及渗层深度。因此本发明真空预处理成为技术关键。

本发明还提供了一种在tc11钛合金表面渗氧的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)检查：对来件进行工序检查(毛坯阶段可不进行热处理)，所述零件应清洁、无磕碰伤等缺陷；

(2)清洗：用丙酮将零件清理干净并晾干；

(3)真空预处理：加热前将真空室内压强抽至0.067pa以下，升温至950℃，保温60-70min，保温结束后充0.2-0.4mpa氩气冷却至80℃以下出炉；

(4)渗氧：使用刚玉砂埋入法渗氧，渗氧工艺为：800℃/10h，空冷；

(5)二次退火：530℃/6h，空冷。

本发明所述在tc11钛合金表面渗氧的方法，其特征在于：在步骤3)真空预处理后可进行机械加工，须使渗氧表面机械加工余量控制在0.5mm以内。

本发明采用成熟渗氧工艺对零件进行渗氧及二次退火，出炉后在零件上切取硬度检测试样，进行表面显微硬度及渗层深度检测，经渗氧处理的零件表面硬度为561kg/mm²-695kg/mm²，渗层深度为0.07-0.12mm，与未进行真空预处理的零件(455kg/mm²-510kg/mm²，渗层深度为0.04-0.06mm)相比，硬化程度显著提高。

本发明的有益效果为：

本发明是在不改变原有成熟渗氧工艺参数的前提下，通过采用适当的预热处理及热处理后适当的加工尺寸控制，从而提高tc11钛合金渗氧能力，使得钛合金零件表面硬度及渗氧层深度显著提高，更好的满足了零件表面耐磨性的要求。

本发明所述方法不仅适合机加成品件，同时适合于具有一定加工余量的零件。用tc11钛合金制造耐磨件，采用该预处理方法后渗氧，渗氧层表面硬度可提高23％-53％，渗氧层厚度可提高42％-111％。

目前本发明所述方法已经应用于需要长期工作在高磨损环境下的tc11钛合金零件的生产中，实现了工程化应用。该方法工艺简单，易于操作，采用真空预处理代替零件在毛料阶段的一次退火即可达到提高tc11合金渗氧能力的作用，可推广到其它制造企业以及其它钛合金材料渗氧前的预处理，具有广泛的应用价值。

附图说明

图1为tc11合金渗氧前不同预处理状态下的近表面金相组织，其中，a为未预处理近表面组织，b为真空预处理近表面组织。

图2为实施例1真空预处理对渗氧层表面硬度的影响。

图3为实施例1真空预处理对渗氧层深度的影响。

具体实施方式

本发明实施例所用零件基体材料为tc11钛合金，其化学成分和重量百分比为：5.8～7.0％al、2.8～3.8％mo、0.8～2.0％zr、0.2～0.35％si、其余为ti。

实施例1

一种提高tc11钛合金表面渗氧能力的预处理方法，按照以下步骤进行：

(1)检查：对来件进行工序检查；

(2)清洗：用丙酮将零件清理干净并晾干；

(3)真空预处理：加热前将真空室内压强抽至0.067pa以下，950℃/60min，保温结束后充0.4mpa氩气冷却至80℃以下出炉；出炉后在零件切取金相试样，将预处理后的试样与未预处理的试样进行比较，发现经预处理后零件的近表面组织α相含量为50.9％，明显高于未经预处理零件的近表面组织α相含量(40.3％)(见图1)。

(4)渗氧：使用刚玉砂埋入法渗氧，渗氧工艺为：加热至800℃保温10h，空冷；

(5)二次退火：530℃保温6h，空冷；

(6)检验：使用显微硬度计对α硬化层表面显微硬度及硬化深度进行检验。图2、3为进行真空预处理和未经真空预处理对最终渗氧层表面硬度及渗层深度的影响对比，由图可以看出，采用本发明所述预处理方法，可以显著提高渗氧层表面硬度及渗层深度。

实施例2

一种提高tc11钛合金表面渗氧能力的预处理方法，按照以下步骤进行：

(1)检查：对来件进行工序检查；

(2)清洗：用丙酮将零件清理干净并晾干；

(3)真空预处理：加热前将真空室内压强抽至0.067pa以下，950℃/65min，充0.2mpa氩气冷却；

(4)机械加工：渗氧表面机械加工余量控制在不大于0.3mm；

(5)渗氧：使用刚玉砂埋入法渗氧，渗氧工艺为：800℃/10h，空冷；

(6)二次退火：530℃保温6h，空冷；

(7)检验：使用显微硬度计对α硬化层表面显微硬度及硬化深度进行检验。经渗氧处理的零件表面硬度为690kg/mm²，渗层深度为0.11mm。

实施例3

一种提高tc11钛合金表面渗氧能力的预处理方法，按照以下步骤进行：

(1)检查：对来件进行工序检查；

(2)清洗：用丙酮将零件清理干净并晾干；

(3)真空预处理：加热前将真空室内压强抽至0.067pa以下，950℃/70min，充0.3mpa氩气冷却；

(4)机械加工：渗氧表面机械加工余量控制在不大于0.5mm；

(5)渗氧：使用刚玉砂埋入法渗氧，渗氧工艺为：800℃/10h，空冷；

(6)二次退火：530℃保温6h，空冷；

(7)检验：使用显微硬度计对α硬化层表面显微硬度及硬化深度进行检验。经渗氧处理的零件表面硬度为630kg/mm²，渗层深度为0.08mm。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。