【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鈦合金齒輪，具體涉及一種輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝。
技術介紹
1、齒輪因其具有傳遞功率范圍大、傳動效率高、傳動比準確、使用壽命長、工作可靠等優點，一直是機械工業中重要的基礎部件。鈦合金齒輪是利用鈦及其合金材料制成的一種特殊齒輪，它們的設計和制造旨在滿足特定應用的需求，特別是在要求輕質、高強度、耐腐蝕和耐高溫的環境下。
2、但是面對一些特殊的工況，大部分鈦合金無法滿足越來越高的使用要求，比如直升機傳動系統用齒輪承受著交變載荷和劇烈的沖擊載荷，其工況環境包括各種交變應力、沖擊動應力以及磨損、腐蝕等，雖然鈦合金具有良好的疲勞強度，但在高載荷循環下仍可能存在早期失效的風險。而且隨著設計的進步、傳遞能量及速度的增大，齒輪嚙合表面承受的溫度也在不斷升高，齒輪嚙合表面溫度可以高達300℃。目前市面上鈦合金齒輪在高溫下的抗疲勞性不能滿足市場的要求。
3、因此，亟需一種輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供了以下技術方案：
3、一種輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，包括以下步驟：
4、（1）制備鈦合金棒材，包括以下步驟：
5、步驟一、鈦合金棒材包括以下重量百分數的組分：al4.5%-5.8%、cr3.2%-4.7%、mo1.4%-2.7%、zr1.8%-2.6%、v2.3%-3.9%、si0.11%-0.19%、la1
6、步驟二、將電極塊在真空自耗爐熔煉中進行熔煉，得到鈦合金坯料；
7、步驟三、將鈦合金坯料在1000℃-1150℃的條件下進行鍛造，然后置于精鍛機中，在900℃-980℃的條件下進行鍛造，得到鍛造后的鈦合金棒材；
8、步驟四、將鍛造后的鈦合金棒材依次進行晶化、退火，得到半成品鈦合金棒材；
9、步驟五、將半成品鈦合金棒材依次進行固溶處理、時效處理，然后空冷至室溫，得到鈦合金棒材；
10、（2）將鈦合金棒材粗加工成齒輪坯料；
11、（3）將齒輪坯料進行熱等靜壓處理，將1：（1.4-1.7）：（0.2-0.6）的tic粉、ti粉和ni粉混合，在功率2200-2300w，掃描速度3.0-3.3mm/s，在齒輪坯體表面熔覆形成2-4μm厚的硬化層，得到帶硬化層的鈦合金齒輪；
12、（4）將帶硬化層的鈦合金齒輪加工至設計尺寸，得到鈦合金齒輪。
13、進一步地，al的重量百分數小于cr和mo的重量百分數之和。
14、本專利技術通過使用特定組分的鈦合金棒材以及與硬化層協同作用制備的鈦合金齒輪，發現當al的重量百分數小于cr和mo的重量百分數之和，此條件下可以改善鈦合金齒輪在常溫下的耐接觸疲勞性。。al、cr、mo等元素在鈦基體中可以形成不同的相結構。al通常促進α相（密排六方結構）的形成，而cr和mo傾向于增加β相（體心立方結構）的穩定性，控制這兩種相的比例有助于優化材料的常溫耐疲勞性能；但是此條件下鈦合金齒輪的接觸疲勞性能不理想。
15、進一步地，al、cr、zr的重量比為（5.0-5.4）：（3.2-3.8）：（2.0-2.5）。
16、齒輪傳動系統由于需要承受高應力，接觸疲勞性能是非常重要的指標，接觸疲勞是指在重復應力作用下，材料表面或近表面區域出現裂紋并逐漸擴展，最終導致材料失效的現象。通過大量試驗發現，本專利技術當al、cr、zr在特定配比條件下，可以改善高溫下鈦合金齒輪的接觸疲勞性能。分析是al是α相穩定元素，能促進α相的形成。適量的al可以增強鈦合金的硬度和強度，但過量會導致脆性增加；cr和zr也是α相穩定元素，它們可以細化晶粒，改善材料的韌性，同時還能提高材料的抗氧化性和抗腐蝕性。al、cr和zr都能通過固溶強化機制提高鈦合金的強度，它們可以形成細小彌散的強化相，如tial、ticr和tizr化合物，這些化合物分布在基體中，增加了高溫下材料的抗變形能力。當al、cr、zr的配比適當，可以優化α/β兩相區間的界面特性，減少界面缺陷，從而提高材料的疲勞壽命。
17、進一步地，鈦合金棒材包括以下重量百分數的組分：al5.2%、cr3.3%、mo2.4%、zr2.4%、v3.1%、si0.15%、la2.4%、fe0.18%，其余為ti和不可避免的雜質。
18、進一步地，所述進行熔煉的過程為：將電極塊放入真空自耗爐熔煉內，以12kw/min-14kw/min的加熱功率升溫至1650℃-1670℃，保溫20min-25min，自然冷卻2-3h后得到鈦合金坯料。
19、進一步地，所述晶化的方法為：加熱至950℃-980℃后保溫5h-7h。
20、進一步地，所述退火的方法為：加熱至600℃-620℃后保溫5h-7h。
21、本專利技術通過將鍛造后的鈦合金棒材依次進行高溫晶化和低溫退火處理，這一系列的熱處理工藝可以改善鈦合金的硬度。高溫晶化可以促使合金元素均勻分布在整個基體中，消除鑄造或鍛造過程中可能出現的成分偏析現象。在低溫退火階段，從固溶體中析出的第二相粒子（如tial、ticr等）會在材料內部形成，這些細小且均勻分布的粒子可以起到強化作用，提高材料的硬度。
22、進一步地，所述固溶處理的方法為：在750℃-780℃的條件下保溫30min-60min。
23、進一步地，所述時效處理的方法為：固溶處理后隨爐自然冷卻至520℃-560℃保溫4h-6h。
24、進一步地，所述熱等靜壓的條件為：最高壓力為180-200mpa，升壓速率為20-30mpa/min，保壓時間為2-4min。
25、進一步地，所述制備鈦合金棒材還包括以下步驟：將半成品鈦合金棒材依次進行固溶處理、時效處理，然后空冷至室溫，表面用激光噴涂的tin涂層，厚度為5-20μm。
26、與現有技術相比，本專利技術的優點和有益效果為：
27、1、本專利技術通過使用特定組分的鈦合金棒材以及硬化層協同作用制備的鈦合金齒輪，具有優異的耐磨性，同時耐接觸疲勞性好。
28、2、本專利技術對合金成分進行了調整，當al的重量百分數小于cr和mo的重量百分數之和，此條件下可以改善鈦合金齒輪在常溫下的耐疲勞性。
29、3、本專利技術當al、cr、zr在特定配比條件下，可以改善高溫下鈦合金齒輪的接觸疲勞性能。
30、4、本專利技術通過將鍛造后的鈦合金棒材依次進行高溫晶化和低溫退火處理，這一系列的熱處理工藝可以改善鈦合金的硬度。
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1.一種輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，Al的重量百分數小于Cr和Mo的重量百分數之和。
3.根據權利要求2所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，Al、Cr、Zr的重量比為（5.0-5.4）：（3.2-3.8）：（2.0-2.5）。
4.根據權利要求3所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，鈦合金棒材包括以下重量百分數的組分：Al5.2%、Cr3.3%、Mo2.4%、Zr2.4%、V3.1%、Si0.15%、La2.4%、Fe0.18%，其余為Ti和不可避免的雜質。
5.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，所述進行熔煉的過程為：將電極塊放入真空自耗爐熔煉內，以12kW/min-14kW/min的加熱功率升溫至1650℃-1670℃，保溫20min-25min，自然冷卻2-3h后得到鈦合金坯料。
6.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，所述晶化的方法為：加熱至950℃-980
7.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，所述退火的方法為：加熱至600℃-620℃后保溫5h-7h。
8.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，所述固溶處理的方法為：在750℃-780℃的條件下保溫30min-60min；所述時效處理的方法為：固溶處理后隨爐自然冷卻至520℃-560℃保溫4h-6h。
9.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，所述熱等靜壓的條件為：最高壓力為180-200MPa，升壓速率為20-30MPa/min，保壓時間為2-4min。
10.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，所述制備鈦合金棒材還包括以下步驟：將半成品鈦合金棒材依次進行固溶處理、時效處理，然后空冷至室溫，表面用激光噴涂的TiN涂層，厚度為5-20μm。
...【技術特征摘要】
1.一種輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，al的重量百分數小于cr和mo的重量百分數之和。
3.根據權利要求2所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，al、cr、zr的重量比為（5.0-5.4）：（3.2-3.8）：（2.0-2.5）。
4.根據權利要求3所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，鈦合金棒材包括以下重量百分數的組分：al5.2%、cr3.3%、mo2.4%、zr2.4%、v3.1%、si0.15%、la2.4%、fe0.18%，其余為ti和不可避免的雜質。
5.根據權利要求1所述的輕化鈦合金齒輪耐磨強化工藝，其特征在于，所述進行熔煉的過程為：將電極塊放入真空自耗爐熔煉內，以12kw/min-14kw/min的加熱功率升溫至1650℃-1670℃，保溫20min-25min，自然冷卻2-3h后得到鈦合金坯料。
6.根據權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張宏麗，張少龍，王丹，
申請(專利權)人：陜西箴銘新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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