一种TC4钛合金表面渗碳工艺的制作方法

本发明属于钛合金热处理，涉及一种tc4钛合金表面渗碳工艺。

背景技术：

1、钛及钛合金具有高比强度、优良的耐腐蚀性、良好的耐高温性能等，作为结构和功能材料广泛用于航空航天等领域。但是，钛合金存在表面硬度低、易粘着、耐磨性能差的缺点。钛合金的硬度通常不超过350hv，这样的表面硬度不能满足实际应用的要求。钛合金表面通过渗碳化学热处理改性后可得到强化，强化后的钛合金硬度、耐腐蚀性、耐磨性都得到了提高。

2、钛合金渗碳主要有固体渗碳、气体渗碳、激光渗碳和离子渗碳等。固体渗碳技术方法简单易行、成本低廉，但难以控制氧浓度，获得的渗碳层不均匀，且厚度较小；气体渗碳成本低、简单易行，气体介质选用高纯度甲烷或一氧化碳，如果渗碳过程中存在其他元素，会引起氢脆，对气体的成本要求高；激光渗碳是合金表面局部强化，残余应力大，易开裂，表面质量差需加工；离子渗碳优点是渗碳时间短、渗速快、渗层深、渗层组织结构均匀，对设备仪器要求高，成本高，对零件形状有选择性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种tc4钛合金表面渗碳工艺。该工艺不限制热处理渗碳设备和高纯度渗碳气体，采用普通的可控气氛渗碳炉、富化气丙烷(c3h8)和氧化性气体co2作为渗碳气体即可满足要求，该工艺可保证齿部渗层均匀、表面硬度高，重复性好，产品质量稳定。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种tc4钛合金表面渗碳工艺，包括如下步骤：

4、s1、根据工件技术要求，先进行预备热处理：固溶、时效处理28～32hrc；

5、s2、固溶时效完成后，工件经精车、滚齿加工后，进行清洗烘干；

6、s3、在普通的可控气氛渗碳炉中进行渗碳处理：产品平放在工装上，780℃入炉，通入rx气体流量为18m3/h，随炉升温至渗碳的强渗阶段，强渗阶段的工艺参数为：强渗渗碳温度880℃、强渗碳势1.1％、强渗时间4800min、丙烷流量2～3l/min、co2流量0.8～1.1l/min；

7、然后进入渗碳的扩散阶段，扩散阶段的工艺参数为：扩散渗碳温度880℃、扩散碳势1.0％、扩散时间1200min、丙烷流量2～3l/min、co2流量0.8～1.1l/min；

8、s4、渗碳结束后，将产品出炉进前室缓冷30min后出炉空冷。

9、进一步，步骤s1中，预备热处理的工艺参数为：930±10℃×60min出炉水冷，680±10℃×2h出炉空冷。

10、进一步，制得的tc4钛合金产品的表层组织中碳化物呈颗粒状分布，渗碳层分布均匀，表面硬度≥91hr15n。

11、本发明的有益效果在于：

12、本发明与其它的气体渗碳方法相比，此方法由富化气丙烷(c3h8)和氧化性气体co2作为直生式渗碳气体。碳传递系数β较高，是可控气氛渗碳的两倍；设备投资少，通过调整氧化性气体co2的通入量，精确地控制炉气碳势；渗碳层均匀，重现性好，产品质量稳定。本工艺气体消耗量低于吸热式气氛渗碳，制得的产品表层光滑、无氢脆，表层有一层致密的tic强化相，组织中碳化物呈颗粒状分布，渗碳层分布均匀，表面硬度≥91hr15n，提高了产品的耐磨性。

13、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种tc4钛合金表面渗碳工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的tc4钛合金表面渗碳工艺，其特征在于：步骤s1中，预备热处理的工艺参数为：930±10℃×60min出炉水冷，680±10℃×2h出炉空冷。

3.根据权利要求1所述的tc4钛合金表面渗碳工艺，其特征在于：制得的tc4钛合金产品的表层组织中碳化物呈颗粒状分布，渗碳层分布均匀，表面硬度≥91hr15n。

技术总结
本发明属于钛合金热处理技术领域，涉及一种TC4钛合金表面渗碳工艺，包括预备热处理：固溶、时效处理、精车、滚齿、清洗烘干；在普通的可控气氛渗碳炉中进行渗碳处理。该工艺不限制热处理渗碳设备和高纯度渗碳气体，采用普通的可控气氛渗碳炉、富化气丙烷(C<subgt;3</subgt;H<subgt;8</subgt;)和氧化性气体CO<subgt;2</subgt;作为渗碳气体即可满足要求，该工艺可保证齿部渗层均匀、表面硬度高，重复性好，产品质量稳定。

技术研发人员：刘顺平,孙飞,王广安,冉飞
受保护的技术使用者：重庆清平机械有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15