專利名稱：處理鈦部件的方法
背景技術(shù)：
已提議在氫和氮?dú)鈿夥罩?美國(guó)專利No.3,211,590)或在氨和甲烷氣氛中(美國(guó)專利No.3,891,473)進(jìn)行金屬熱處理。也已建議在氦的中性氣氛中進(jìn)行鈦的處理(美國(guó)專利No.4,098,623)。
還沒(méi)有先有方法能在氮、氫和一氧化碳的氣氛中進(jìn)行鈦部件的處理。
已在含20％一氧化碳、40％氫和40％氮的氣氛中處理低碳鋼和鐵。已有報(bào)導(dǎo)利用丙烷-氬混合氣或甲烷-氬混合氣處理鈦合金試樣，以提高抵抗磨損的能力(Transactions of the ASM，第46卷，257頁(yè)、267-70頁(yè)(1953))。發(fā)明概述廣義而言，本發(fā)明包括一種含鈦部件的處理方法，它包括在爐內(nèi)于大氣壓下形成氮、甲醇和任選的天然氣或丙烷的混合氣，使這種混合氣達(dá)到平衡；然后將鈦部件引入爐內(nèi)，并最后將爐溫降低到1450°F至1850°F的范圍，保持5到600分鐘之間的時(shí)間。
本方法的特點(diǎn)之一是經(jīng)這樣處理的鈦部件的表面區(qū)域非常堅(jiān)硬且抗磨損。
還有一個(gè)特點(diǎn)即在處理過(guò)程中所引起的在合金表面形成的覆蓋層主要由帶氧氮化物區(qū)域和有時(shí)有的某些碳氮化物區(qū)域的氧化鈦構(gòu)成。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是實(shí)施本發(fā)明方法的所用設(shè)備的局部正視圖。優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明圖1中，設(shè)備10包括爐11、爐室箱(furnace chamber box)12以及由部件15支撐的鈦部件筐14。室12有三個(gè)氣體管路入口16、17和18。管路16將甲烷從甲烷罐21供至帶軸的分布器22。管路17由氣罐23供天然氣，而管路18從氮罐24供氮。帶軸的鼓風(fēng)機(jī)27保證氣體在室12中混合和循環(huán)，排氣囪29(未示出)從室12排出廢氣。傳感器37測(cè)量室12中的溫度、氧和氣體成分。過(guò)程控制單元31分別控制管路16，17和18中的閥門33，34和35，以控制室12中的混合物。
經(jīng)在室箱12內(nèi)混合氣體，形成了烴類惰性氣體混合物，它可被改變以得到所需的部件的冶金層特性，它以氣體氮、甲醇和丙烷或天然氣作原料，由15～25％的二氧化碳，30～50％的氫以及30～50％的氮?dú)夥战M成。氣體的百分比以體積計(jì)。所使用的過(guò)程控制裝置可以包括但并不局限于氧的測(cè)量及控制。可以使用氣體表征裝置，但并不是必需的。
可用本發(fā)明處理的部件是100％鈦或鈦的合金，包括合金A成分 百分比鈦90鋁6釩4合金B(yǎng)成分 百分比鈦 94.5鋁 3釩 2.5合金C成分 百分比鈦90鋯4錫2鉬6鋁6合金的百分比以重量計(jì)，對(duì)經(jīng)本發(fā)明處理的和未經(jīng)處理的鑄造合金Ti-6AL-4V的試驗(yàn)獲得如下結(jié)果1.機(jī)械性能表面硬度， 抗拉強(qiáng)度條件HK25 UTS，KS1 YS，KS1％EL未經(jīng)處理的 350-380132.7 114.3 10.2已處理的 980-1300 137.2 121.7 12.2
經(jīng)處理的試樣的表面硬度明顯高于未經(jīng)處理的試樣，而它們的其它性能基本相同。2.耐磨性采用一個(gè)#10氧化鋁磨料進(jìn)行的磨損試驗(yàn)表明經(jīng)處理的試樣的磨損低于未經(jīng)處理的試樣，條件 ％磨損經(jīng)處理的 .3774未處理的 .4533實(shí)施例將一批由合金A制成的武器發(fā)射裝置(firearm trigger)裝入爐中，該爐內(nèi)引入氮、甲烷和天然氣，其中比例為氮40％(氣體)；甲烷58-60％(液體)；和丙烷0-2％(氣體)在爐內(nèi)形成氣態(tài)氣氛組分 百分比二氧化碳 15-25氫 30-50氮 30-50該氣態(tài)氣氛處于或接近大氣壓力。處理氣氛是復(fù)雜的混合物氮二氧化碳一氧化碳?xì)溲跫淄椋退?br> 該混合物在爐內(nèi)以平衡狀態(tài)存在。甲烷離解形成氫和二氧化碳，以實(shí)現(xiàn)包括碳化(Carburizing)部件表面在內(nèi)的部件處理。
爐內(nèi)混合物反應(yīng)完成后即達(dá)到平衡。平衡反應(yīng)式為。平衡確定是通過(guò)間接方式實(shí)現(xiàn)的，例如分析置入(implanted)或擴(kuò)散入被處理的材料表面上的碳含量。其它方法包括利用位于爐內(nèi)的氧探測(cè)器測(cè)量碳勢(shì)，它采用一種假定爐內(nèi)氣氛中的CO含量穩(wěn)定的算法表示碳勢(shì)。假定CO含量是恒定的，碳勢(shì)基本上相當(dāng)于氧含量的函數(shù)。如果CO含量改變，相同的氧百分比將產(chǎn)生不同的碳勢(shì)。此外，算法用于正確調(diào)節(jié)所有的變量。通過(guò)維持恒定的氣氛控制碳以及利用氧百分比作為控制參數(shù)都是非常重要的。
過(guò)程控制的原則是控制流入爐內(nèi)的氣體比例。
權(quán)利要求
1.一種處理含鈦部件的方法，包括1)將氣體成分的混合物引入爐身(furnace box)，該氣體成分混合物依次包括a)30～50％氮；b)30～50％氫；以及c)15～25％二氧化碳；2)將鈦部件引入內(nèi)有氣體的爐身；3)將該爐身密封隔離外界氣氛；以及4)監(jiān)測(cè)并控制爐身內(nèi)溫度在1450°F至1850°F之間。
2.權(quán)利要求1的方法，其中控制氣體成分的引入，使得爐內(nèi)氣氛以體積計(jì)包括i)30-50％氮；ii)30-50％氫；和iii)15-25％二氧化碳。
3.由權(quán)利要求1的方法處理的含鈦部件。
全文摘要
公開(kāi)了處理含鈦部件的方法以及經(jīng)這樣處理的部件。該處理包括將部件裝入爐室(12)中，該爐室有15-25％二氧化碳，30-50％氮和30-50％氫的氣體氣氛。該氣氛處于1450-1850°Ｆ之間的溫度，且該處理持續(xù)5-60分鐘。部件提高了硬度、強(qiáng)度和耐磨性。
文檔編號(hào)C23C8/16GK1151192SQ95193444
公開(kāi)日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1995年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月25日
發(fā)明者D·W·費(fèi)伊 申請(qǐng)人:施圖爾姆魯格有限公司