[发明专利]一种基于冷成型复合低温氮化处理的α+β型钛合金及其氮化层形成方法

说明书

本发明涉及钛合金渗氮技术领域，尤其涉及一种基于冷成型复合低温氮化处理的α+β型钛合金及其氮化层形成方法。本发明的氮化层形成方法包括以下步骤：将α+β型钛合金依次进行淬火、冷成型和低温氮化，在α+β型钛合金表面形成氮化层；所述冷成型的累计变形量为10～65％；所述低温氮化的温度为400～600℃。采用本发明的方法可以在α+β型钛合金表面形成毫米级超厚氮化层，且硬度梯度可调控，可显著改善合金基体组织的塑韧性及钛合金的耐磨性，提高渗层抗疲劳破坏能力，延长产品寿命。

技术领域

本发明涉及钛合金渗氮技术领域，尤其涉及一种基于冷成型复合低温氮化处理的α+β型钛合金及其氮化层形成方法。

背景技术

作为地壳资源中储量最为丰富的金属之一，钛金属历经了二百余年的发展历史，到今天已在国防工业、化工、能源等领域得到了越来越多的应用。目前已研制出了数百种组织成分不同、性能各异的钛合金。

其中有一类钛合金具有双相(α+β)特征，如TC4、TC11、TC17和TC21等。这一类钛合金在应用上最大的制约因素是强度相对低和表面耐磨性较差，而目前研究的改善手段大多是采用表面处理技术来提高其硬度和耐磨性，其中渗氮工艺以其工艺简单、渗层与基体结合牢固、生成钛的氮化物相对硬度高等优点被广泛应用。

而目前对α+β型钛合金的氮化处理温度集中在900℃左右，在这种高温条件下的渗氮处理会导致钛合金基体内晶粒尺寸增大，降低基体韧性。而且常规的高温(900℃)渗氮的渗层厚度仅能达到纳米或微米级，导致钛合金的耐磨性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于冷成型复合低温氮化处理的α+β型钛合金氮化层形成方法，采用本发明的方法可以在α+β型钛合金表面形成毫米级超厚氮化层，可显著改善合金基体组织的塑韧性及钛合金的耐磨性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于冷成型复合低温氮化处理的α+β型钛合金氮化层形成方法，包括以下步骤：将α+β型钛合金依次进行淬火、冷成型和低温氮化，在α+β型钛合金表面形成氮化层；所述冷成型的累计变形量为10～65％；所述低温氮化的温度为400～600℃，所述低温氮化的时间不低于2h；

优选的，所述低温氮化后还包括对低温氮化后的钛合金进行热扩散处理；所述热扩散处理的温度为200～400℃。

优选的，所述氮化层的厚度大于1mm。

优选的，所述淬火的冷却方式为采用15℃循环水进行冷却。

优选的，所述低温氮化在氮气和氢气的混合气氛中进行。

优选的，所述氮气和氢气的流量比为1:1。

优选的，所述低温氮化在脉冲等离子体炉中进行，电压为650V，压升率为0.13P/min，占空比为15～75％。

优选的，所述热扩散处理在真空条件下进行。

本发明提供了一种基于冷成型复合低温氮化处理的α+β型钛合金，所述α+β型钛合金表面具有氮化层，所述氮化层由上述方案所述的α+β型钛合金氮化层形成方法制得；所述氮化层的厚度在1mm以上。

优选的，所述氮化层由表及里存在N原子浓度梯度。