[发明专利]钛合金氢处理时氢含量精确控制模型的建立方法

权利要求书

1.钛合金氢处理时氢含量精确控制模型的建立方法，以管式氢处理炉为钛合金氢处理设备，其特征在于，建立氢含量控制模型的步骤如下：

1.1、建立氢含量控制理论模型；

1.1.1、管式氢处理炉进行氢处理时的压强变化关系如下式：

P₁＝P₂+ΔP                        [1]

式中：P₁为氢处理时管式氢处理炉的初始氢压，单位：KPa；

P₂为氢处理时管式氢处理炉的平衡氢压，单位：KPa；

ΔP为从开始进行氢处理到氢压平衡状态的压强变化，单位：KPa；

1.1.2、通过试验，确定钛合金氢处理时平衡氢压P₂与氢含量C的函数关系；

1.1.2.1、表面处理；

用砂纸打磨待处理的钛合金试样表面，去除氧化膜，然后将钛合金试样放入丙酮溶液中进行超声波清洗，时间不少于3min，并用天平秤重，记录钛合金试样的初始质量m₁，单位：g；

1.1.2.2、装炉；

打开管式氢处理炉炉门，将钛合金试样装入炉堂中的均温区，关闭炉门；

1.1.2.3、抽真空、加热；

利用管式氢处理炉的真空系统，抽真空，当真空度达到2×10^-2Pa的时，打开加热系统加热，从室温升温到490℃～510℃，升温时间不小于50min，保温30min～40min；然后升温到试验温度T，升温时间15min～35min，保温时间30min～40min；T为工艺规程预定的氢处理温度，T＝650℃～850℃；此时，选择试验温度T的具体数值为T₁；

1.1.2.4、充氢；

打开管式氢处理炉的氢气阀以1～10L/min的流速开始充氢，充氢时间为t，t＝1～30min，然后停止充氢，待管式氢处理炉内的氢压波动小于0.25KPa时，此时的氢压为平衡氢压，记录此时的平衡氢压为P₂₁；

1.1.2.5、降温、出炉；

关闭加热系统进行降温冷却，当炉内温度降低至100℃以下时，打开炉门取出钛合金试样，自然冷却至室温，利用天平称重，记录吸氢后的质量m₂，此时，试样的氢含量C的数值为：

C1=m2-m1m1×100%---[2]]]>

1.1.2.6、记录平衡氢压P₂和氢含量C函数关系的一个数据点；根据步骤1.1.2.1～1.1.2.5得到在温度T₁下平衡氢压P₂与氢含量C函数关系的第1组数据(P₂₁，C₁)；

1.1.2.7、确定在温度T₁下平衡氢压P₂与氢含量C的函数关系；重复步骤1.1.2.1～1.1.2.6，得到平衡氢压P₂与氢含量C函数关系的第n组数据(P_2n，C_n)，n不小于10；根据第1组～第n组数据，绘制(P₂，C)关系曲线，利用数据插值拟合方法获得平衡氢压P₂与氢含量C的函数关系如下式：

P₂＝f(C)                [3]

1.1.3、求解初始氢压P₁；

P1=KP′vsT1T′V---[4]]]>

式中：P′为101.325KPa；

T′为273.15K；

s为处理钛合金材料时的充氢时间，单位：min；

V为炉腔体积，单位：L；

v为充氢流量，单位：L/min；

K为校准系数，待定；

1.1.4、求解压强变化量ΔP；

ΔP=KmCRT1MV---[5]]]>

式中：m为被处理钛合金材料的质量，单位：g；

R为8.3145J/mol·K；

M为氢气的摩尔质量，M＝2g/mol；

1.1.5、求解充氢时间s；

将公式[3]、[4]和[5]代入公式[1]，得到充氢时间s的表达式如下：

s=1KT′Vf(C)P′vT1+T′RmCP′vM---[6]]]>

公式[6]为氢含量控制理论模型；

1.2、通过试验，确定校正系数K；

1.2.1、抽真空，加热；

利用管式氢处理炉的真空系统，抽真空，当真空度达到2×10^-2Pa的时，打开加热系统加热，从室温升温到490℃～510℃，升温时间不小于50min，保温30min～40min；然后升温到试验温度T，升温时间15min～35min，保温时间30min～40min；T为工艺规程预定的氢处理温度，T＝650℃～850℃；此时，选择试验温度T的具体数值为T₁；

1.2.2、充氢；

打开管式氢处理炉的氢气阀以v₂的流速开始充氢，v₂＝1～10L/min，充氢时间为t′，t′＝1min～30min，待管式氢处理炉内的氢压波动小于0.25KPa时，记录此时的氢压为校准实验时的炉内氢压P₃，单位：KPa；

利用下式计算温度为T₁时的校正系数K：

K=P3VT′P′v2t′T1·---[7]]]>