[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

说明书

技术领域

本发明属于钛合金热处理技术，涉及对钛合金氢处理方法的改进。

背景技术

钛合金氢处理技术是利用氢的可逆合金化作用，重构钛合金的组织，进而提高其高温加工性能，连接加工性能与切削加工性能，从而实现钛合金高效低成本加工的一项新技术。氢处理技术的工艺参数决定了其加工性能的好坏，对于不同的加工方式，所需要的氢处理工艺参数不同，其中氢含量及其分布对加工性能的影响最为显著，如何精确地控制氢含量成为了这项技术的关键。目前氢处理过程中常用的置氢方式为气相置氢，氢处理过程中通过氢压或者保温时间获得不同的氢含量。通过氢压控制氢含量的缺点是：氢含量的控制精度差。根据钛合金的PCT热力学曲线可知，在低氢阶段，氢压与氢含量满足西华特定率，存在一一对应关系，随着氢含量的增加，PCT热力学曲线进入平台区，即氢压不随氢含量的增加而变化，因此通过控制氢压不足以实现氢含量的控制。通过保温时间控制氢含量的缺点是：保温时间的长短决定了氢在材料中的分布，保温时间短，可以获得较低的氢含量，但是，氢元素在钛合金材料内部的分布不均匀，材料表面的氢含量高于材料内部的，会导致材料的加工性能不均匀，影响加工质量。

发明内容

本发明的目的是：提出一种能提高氢含量控制精度的钛合金氢处理时氢含量控制模型的建立方法，以提高钛合金材料的加工性能。

本发明的技术方案是：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、建立氢含量控制理论模型；

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；

1.2、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；

1.2.1、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；

1.2.2、装炉；

打开管式氢处理炉门，将钛合金试样装入炉堂中的均温区，关闭炉门；

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15～35min，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；

1.2.4、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；

1.2.5、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]]]>