一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法
【專利摘要】一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法屬化學熱處理領域。按照以下步驟進行：將鈦合金零件清洗干凈后放入真空熱處理爐，抽真空使得真空熱處理爐的壓強在0.13Pa以下，加熱到850℃~950℃，通入100~300mmHg氮氣，保溫4~8h，使通入的氣體與零件表面形成高硬度的氮化物，充氬氣0.2MPa冷卻到80℃以下出爐，獲得深度0.02～0.10mm、表面硬度HV850～HV1300的硬化層，滿足零件表面耐磨性要求。本發明鈦合金滲氮層的抗磨損性能是材料本體的100倍以上，在室溫下，是高溫軸承材料Cr4Mo4V高溫軸承鋼的2倍，在120℃溫度下，是Cr4Mo4V高溫軸承鋼的4倍。作為高溫軸承的對磨零件，可提高零件1倍以上的使用壽命。
【專利說明】一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬化學熱處理領域，具體涉及一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法。【背景技術】
[0002]鈦合金表面強化方法有:鈦合金滲氧、鈦合金表面陽極化處理、電火花加工等表面強化技術，這些方法只能使表面硬度達到HV50(THV600，只能滿足與本體材料對磨的要求；而與本工藝方法制造的零件對磨副是高溫軸承鋼，其硬度高達HV800，采用上述方法制造的零件很快就會磨損，滿足不了使用要求；國內有報道采用離子滲氮的方法，雖然硬度能夠滿足要求，但該方法滲氮劑采用通入氨或氮-氫混合氣體，這些氣體中的氫對于鈦合金而言都是有害的，航空零件要求氫含量小于120ppm，因為吸入氫使鈦合金零件產生氫脆，因此，滲氮過程中，不允許有氫的氣氛存在。另外一種方法是化學沉積氮化鈦，此方法能夠滿足硬度要求HV850以上，但只是在鈦合金表面形成一層小于0.01mm的硬化層，與基體機械結合，硬度陡降，在工作過程中容易剝落。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本發明提出一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法，能夠提高鈦合金表面硬度和耐磨性，解決鈦合金零件與高碳軸承零件對磨過程中嚙合問題，可以代替軸承鋼，由于鈦合金的比重小，可以顯著降低零件的重量，提高零件使用壽命，特別適合制造燃氣渦輪發動機部件。
[0004]本發明一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法，按照以下步驟進行:
將鈦合金零件清洗干凈后放入真空熱處理爐，抽真空使得真空熱處理爐的壓強在
0.13Pa以下，加熱到850°C~950°C，通入10(T300mmHg氮氣，保溫4~8h，使通入的氣體與零件表面形成高硬度的氮化物，充氬氣0.2MPa冷卻到80°C以下出爐，獲得深度0.02~
0.10mm、表面硬度HV850~HV1300的硬化層，滿足零件表面耐磨性要求。
[0005]所述的鈦合金為T1-5A1_2.5Sn。
[0006]所述鈦合金零件使用丙酮清洗。
[0007]滲氮過程中的氮濃度:氣體中氮含量最少時的滲氮可使耐磨性最高，耐磨性最差時在純氮氣氛中。隨混合氣體中氮含量的升高，耐磨性降低的原因是由于氮化物薄膜逐漸增長的阻礙性的影響，使擴散層厚度降低。高硬度(1700-2000HV)及高脆性的氮化物薄膜在表面上不僅阻礙了基體充氮，而且當磨損斷裂時，起到了磨料作用，加大了磨損性。因此，通入氣體的壓強決定了氮化層質量，本發明通入氮氣壓強為IOOlOOmmHg之間。
[0008]滲氮溫度:溫度是影響擴散速度的重要因素。溫度越高，則擴散速度越大，滲層厚度也相應增加。但溫度過高，就會超過鈦合金的相變點(950-1002°C )，破壞基材原有的力學性能，這一點在生產實踐中是至關重要的。 本發明的滲氮溫度為850°C、50°C。
[0009]滲氮保溫時間:在其它參數不變的情況下，隨著時間的延長，滲層厚度也會增加。但當時間延長到一定值時，滲層增厚的速度減慢，為獲得深度0.02~0.10mm、表面硬度HV850~HV1300的滲氮層，滲氮時間為4h~8h。
[0010]加熱及冷卻方式:鈦合金在加熱過程中，對氧的親和力比氮強，在氧和氮的氣氛中首先被氧化，因此，在加熱過程中要嚴格控制氧的含量。本發明采取的方法是在加熱前，將真空工作壓強抽至0.13Pa以下，然后加熱，到達滲氮溫度后通入氮氣。
[0011]鈦合金具有高的比強度、優良的耐腐蝕性、良好的高溫性能等，是新興的結構和功能材料。但是，鈦合金的普遍缺點就是硬度低、耐磨性能差。純鈦的硬度約為150~200HV，鈦合金通常不超過350HV。這樣的硬度值在很多情況下不能滿足實際生產應用的要求。為了進一步達到提高鈦合金耐蝕性、耐磨性、抗微動磨損性、高溫抗氧化性等目的，對鈦合金進行表面滲氮處理是進一步擴大鈦合金使用范圍的有效途徑。保證滲氮零件表面硬度和耐磨性，解決鈦合金零件表面耐磨性問題。
[0012]通過真空滲氮處理試驗，發現該硬化層對鈦合金零件表面強化作用明顯，它適合用于要求較高的耐磨性的零件，特別適合于燃氣渦輪發動機軸承座等零件的表面強化，經此方法強化的鈦合金零件可以與高硬度的軸承鋼對磨，由于硬度相近，因而不產生咬合現象，同時，在工作過程中不容易剝落，可以延長工作零件的使用壽命。與采用高溫軸承鋼制造該零件相比，可以顯著降低發動機零件的重量。
[0013]通過力學性能對比試驗，滲氮層耐磨性對比試驗，滲氮前后零件尺寸測量，找出滲氮過程對力學性能和耐磨性的影響及滲氮過程對零件尺寸的影響。
[0014]不同熱處理制度下的力學性能室溫拉伸性見表1、高溫瞬時拉伸性能表2、高溫持久性能表3。由表1表2表3可以看出:滲氮后的試樣室溫拉伸性能略有降低；高溫瞬時拉伸性能基本相當；高溫持久性能略有降低；但均滿足技術條件要求。
[0015]表1室溫拉伸性能
【權利要求】
1.一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法，其特征在于按照以下步驟進行: 將鈦合金零件清洗干凈后放入真空熱處理爐，抽真空使得真空熱處理爐的壓強在0.13Pa以下，加熱到850°C~950°C，通入10(T300mmHg氮氣，保溫4~8h，使通入的氣體與零件表面形成高硬度的氮化物，充氬氣0.2MPa冷卻到80°C以下出爐，獲得深度0.02~0.10mm、表面硬度HV850~HV1300的硬化層。
2.根據權利要求1所述的一種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法，其特征在于所述的鈦合金為T1-5Al-2.5Sn。
3.根據權利要求1所述的一 種提高鈦合金軸承座表面耐磨性的方法，其特征在于所述鈦合金零件使用丙酮清洗。
【文檔編號】C23C8/24GK103602946SQ201310593592
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】張尊禮, 王偉, 張凡云, 牛靜, 鄒建波 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司