[发明专利]一种航空航天用TC6钛合金作动筒的渗氮加工方法

说明书

本发明提供一种航空航天用TC6钛合金作动筒的渗氮加工方法，通过调节渗氮过程中的工艺参数，使得渗氮层的深度、表面硬度和基体力学性能控制满足技术要求，并通过机加、珩磨和二次渗氮等工艺对内孔变形量实现有效控制。航空航天用TC6钛合金作动筒经初次渗氮处理后，表面硬度可达800HV以上，距表面0.02mm位置硬度可达500HV以上，内孔变形量可控制在0.08mm以内，基体力学强度符合国军标GJB2218A和国标GB/T2965要求，再经去应力退火、珩磨和二次渗氮处理后，表面硬度可达800HV，硬度梯度、金相形貌以及基体强度与初次渗氮的结果基本保持一致，作动筒本体的内孔尺寸、圆柱度、粗糙度能够有效控制，使内孔无须再次机械加工，从而保证内孔硬度。

技术领域

本发明涉及航空航天制造领域，尤其涉及一种航空航天用TC6钛合金作动筒的渗氮加 工方法。

背景技术

钛合金是具有比强度高和耐腐蚀性能好两个显著优点，具有高比强度、高疲劳性能、 高耐腐蚀、低膨胀系数、高稳定性等优异性能，在航空航天领域具有良好的应用前景。但 是，由于钛合金表面强度低、热导率小，使得钛合金部件装配过程中易于发生黏着、咬合， 致使钛合金部件耐磨性能差，导致容易发生零件失效甚至断裂。为了提高钛合金耐磨性能， 通过渗氮工艺进行表面改性处理可增加表面强度，从而提高零件寿命。

目前，钛合金渗氮工艺国内使用较少，且多为TC4钛合金制造的简单零件，有关TC6钛合金的渗氮工艺鲜有报道。一种航空用TC6钛合金作动筒，对零件表面强度、耐磨性和 尺寸精度均有很高的要求，尤其对内孔变形量的控制要求更为苛刻。

钛合金渗氮后，能在表面形成氮化物层与固溶体层，渗氮温度是氮化物层厚度最大的 影响因素，渗氮时间的延长也可提高渗氮层深度。虽然经过渗氮处理后可以大幅提高其耐 磨性能，但渗氮温度过高会影响基体的微观组织和力学性能，同时引起零件的变形量可达 0.15mm～0.20mm，而温度过低则会导致有效硬化层深度过浅，难以有效提高零件的耐磨 性能。因此，同时满足渗氮层的深度、表面硬度和基体的力学性能以及零件内孔变形量控 制的要求，是TC6钛合金作动筒渗氮工艺控制的难点。

发明内容

鉴于此，本发明提供对TC6钛合金作动筒的渗氮工艺，通过调节渗氮过程中的工艺参 数，使得渗氮层的深度、表面硬度和基体力学性能能够满足技术要求，并通过机加、珩磨和二次渗氮等工艺对内孔变形量实现有效控制。

在本发明的一个方面，提供一种航空航天用TC6钛合金作动筒的渗氮加工方法，所述 TC6钛合金作动筒包括作动筒本体、固定轴和盖板，所述渗氮加工方法包括以下步骤：

S10，粗加工作动筒本体、固定轴和盖板，在作动筒本体的端部单边预留20mm，内孔单边预留2mm；

S20，根据步骤S10完成的作动筒本体的端部形状，加工渗氮工装；

S30，擦拭作动筒本体、固定轴、盖板和渗氮工装，并采用无油压缩空气或氮气吹干；

S40，对粗加工后的TC6钛合金作动筒和渗氮工装进行真空去应力退火处理；

S50，半精加工作动筒本体的内孔至小于设计直径0.05mm～0.10mm；

S60，精加工作动筒本体的内孔，将作动筒本体的内孔珩磨至小于设计直径0.04mm～0.02mm，且粗糙度Ra0.4；

S70，对TC6钛合金作动筒进行初次渗氮处理；

S80，在作动筒本体的端面进行单边线切割取样检测；

S90，将作动筒本体的内孔珩磨至设计尺寸；

S100，对TC6钛合金作动筒进行二次渗氮处理；

S110，在作动筒本体的端面进行单边线切割取样检测；