一種tc4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝的製作方法
2023-06-18 09:34:41
專利名稱：一種tc4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用添加不同固體粉末材料的混粉準乾式電火花表面強化工藝，獲得具有表面高硬度的TC4鈦合金的強化工藝。
背景技術：
鈦合金作為一種新型的結構材料，具有質量輕、比強度高、耐腐蝕等優點，在冶金、機械、化工和航空航天領域獲得了廣泛的應用。但鈦合金存在硬度低、耐磨損性能差等缺點在很大程度上限制了其應用範圍的進一步擴展。國內外科研工作者在賦予鈦合金新的性能以彌補其不足的各種表面強化技術方面開展了廣泛的應用研究。電火花表面強化是電火花微細加工領域重要的延伸和拓展，通過電極與工件之間的瞬態放電，利用放電能量使電極材料向基體擴散、遷移，以實現基體局部表面熔化和合金化，獲得表面硬質薄層化合物，以增強合金表面硬度。在傳統的以氣、煤油或去離子水等單一工作介質的基礎上，研究者們研究出了氣液、液固等新型混合兩相工作介質。但是以上電火花表面強化主要依靠工具電極中的特定成分在放電過程中熔入合金工件表面，以實現對工件的表面強化，生成的增強相的數量及強化層厚度有限，固強化效果不明顯。混粉準乾式多相介質電火花表面強化技術，即在準乾式介質中混入單一或多種粉末材料，放電產生的高溫除了使熔融的基體材料和電極材料且與足量的介質組元強化材料在基體表面發生原位自生反應，生成多相增強體，實現對合金基體的混雜強化。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中TC4鈦合金表面強化後硬度值仍較低的問題，提供一種能有效的改善TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝。本發明改善TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝按以下步驟實施一、製備混粉準乾式電火花表面強化需要的TC4鈦合金材料。實驗採用的是退火態的TC4鈦合金。
二、用10% NaOH水溶液將TC4鈦合金表面清洗乾淨，用卡具將其固定於電火花成型工具機的工作檯上，在去離子水中混入固體粉末材料，濃度為5ml/l，利用攪拌器將其攪拌均勻，利用霧狀發生器產生混粉準乾式工作介質，固體粉末材料分別為粒度為2. 6 μ m的碳粉、粒度為7 μ m的B4C粉、粒度為7 μ m的B4C粉和粒度為2. 6 μ m的碳粉的混合粉，B4C與C比例為
I I。電火花實驗參數為脈衝間隔t。^ = 150μ S，脈衝寬度tm = 150μ S，脈衝電流ie=14A，電源極間放電電壓為120V，加工深度h = O. 1mm，工具電極為石墨。強化時，工件接電源正極，工具電極接電源負極。本發明改善TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝原理為混粉準乾式工作介質中分別混入C粉、B4C粉、B4C和C的混合粉後，在電火花表面強化過程中，放電產生的高溫使熔融的基體材料、電極材料且與足量的固體粉末材料在基體表面發生原位自生反應，分別生成單一 TiC相、TiB相、及TiC與TiB混合相。TiB和TiC顆粒可顯著提高合金硬度和耐磨性，進而改善TC4鈦合金表面力學性能。
本發明工藝簡單，易於操作。採用本發明方法處理後的TC4鈦合金表面最大顯微硬度值為1174HV 1382HV，與未經過處理的原始TC4鈦合金相比，最大顯微硬度值增加了290% 360%。同時，準乾式電火花強化可以減少廢棄液體介質排放量，避免火災隱患，實現綠色加工。
具體實施例方式具體實施方式
一一、製備混粉準乾式電火花表面強化需要的TC4鈦合金材料。實驗採用的是退火態的TC4鈦合金。用10% NaOH水溶液將其表面清洗乾淨，用卡具將其固定於電火花成型工具機的工作檯上。二、去離子水中混入固體粉末材料，濃度為5ml/l，利用攪拌器將其攪拌均勻，粉末為C粉，粒度為2.6μπι。三、混粉準乾式工作介質的產生。採用霧狀發生器將混入固體強化材料的工作液體和氣體混合均勻，得到混粉準乾式介質，作為電火花表面強化的工作介質。四、表面強化。氣液固三相準乾式介質經專用噴嘴輸入工具電極和工件之間的間隙，固體粉末強化材料粘附在工件表面，電極放電產生的高溫使工件基體材料與粉末強化材料熔融並發生原位自生反應，生成增強相，進而強化合金表面。電火花實驗參數選擇為脈衝間隔toff = 150 μ s，脈衝寬度ton = 150 μ s,脈衝電流ie = 14A,電源 極間放電電壓為120V，加工深度h = O. 1mm，工具電極為石墨。強化時，工件接電源正極，工具電極接電源負極。本實施方式製得的TC4鈦合金表面形成了一層均勻的菊花瓣狀強化層，表面硬度測試其值高達1181HV。比未經表面強化的原始TC4鈦合金表面硬度的300HV提高881HV，漲幅為290%。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中混入的粉末材料為粒度為7 μ m的B4C粉。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式製得的TC4鈦合金表面形成了一層均勻、緻密的菊花瓣狀強化層，表面硬度測試其值高達1174HV。比未經表面強化的原始TC4鈦合金表面硬度的300HV提高874HV，漲幅為 290%。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中混入的粉末材料為粒度為7 μ m的B4C和粒度為2. 6 μ m的C粉的混合粉，比例為1:1。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式製得的TC4鈦合金表面形成了一層均勻、緻密的菊花瓣狀強化層，表面硬度測試其值高達1382HV。比未經表面強化的原始TC4鈦合金表面硬度的300HV提高874HV，漲幅為 360%。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟四中加工深度h=O. 2mm,其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
權利要求
1.一種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝，其特徵在於，包括以下步驟 (1)去離子水中混入固體粉末材料在去離子水中加入固體粉末材料，濃度為5ml/1，利用攪拌器將其攪拌均勻。採用本發明方法處理後的TC4鈦合金表面顯微硬度值為1174HV 1382HV，與未經過處理的原始TC4鈦合金相比，最大顯微硬度值增加了 290% 360%。
(2)霧狀介質的產生採用專用介質發生器將混入固體粉末材料的工作液體和氣體混合均勻，得到混粉準乾式介質，作為電火花表面強化的工作介質。
(3)表面強化過程氣液固三相準乾式介質經專用噴嘴輸入工具電極和工件之間的間隙，固體粉末強化材料粘附在工件表面，電極放電產生的高溫使基體材料、電極材料、固體粉末材料熔融並發生原位自生反應生成強化相。
2.根據權利要求I所述的一種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝，其特徵在於混粉準乾式工作介質中混入的固體粉末材料為粒度為2. 6 ii m的碳粉。
3.根據權利要求I所述的一種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝，其特徵在於混粉準乾式工作介質中混入的固體粉末材料為粒度為7 ii m的B4C粉。
4.根據權利要求I所述的一種TC4鈦合金表面高硬度的電火花強化工藝，其特徵在於混粉準乾式工作介質中混入的固體粉末材料為粒度為7 ii m的B4C粉和粒度為2. 6 ii m的碳粉的混合粉，B4C與C比例為1:1。
全文摘要
TC4鈦合金改善表面硬度的方法，它涉及一種TC4鈦合金的電火花表面強化方法，屬於特種加工技術領域。即向準乾式工作介質中添加不同固體粉末材料以獲得TC4鈦合金表面高硬度的強化工藝。本發明涉及改善TC4鈦合金表面硬度的方法按以下步驟實施採用混粉準乾式電火花表面強化方法對TC4鈦合金進行強化，工作介質中混入的固體粉末材料分別為碳粉、B4C粉、及C與B4C混合粉。混粉準乾式電火花表面強化過程中實驗參數為脈衝間隔toff＝150μs，脈衝寬度ton＝150μs，脈衝電流ie＝14A，電源極間放電電壓為120V，加工深度h＝0.1mm，工具電極為石墨。本發明具有增強層與基體結合較好、表面力學性能提高顯著等優點。採用本發明方法表面強化後的TC4鈦合金顯微硬度值高達1382HV，與原始合金相比提高了300％。
文檔編號C22F1/18GK102703845SQ201210151790
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者李敏, 楊慧, 蔡蘭蓉, 馬春雷 申請人:天津職業技術師範大學