[发明专利]一种钛合金齿轮及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金齿轮，包括：钛合金齿轮基体；附着在所述钛合金齿轮基体表面的硬化层。在本发明中，所述钛合金齿轮基体的成分优选为α+β相钛合金，在本发明中，所述钛合金齿轮基体的成分优选为：5.2～6.8wt％的Al；1.6～2.5wt％的Sn；1.6～2.5wt％的Zr；2.0～3.3wt％的Mo；0.9～2.0wt％的Cr；1.0～2.0wt％的Nb；0.05～0.15wt％的Si；余量为Ti。

技术领域

本发明涉及齿轮技术领域，尤其涉及一种钛合金齿轮及其制备方法。

背景技术

齿轮传动是应用最为广泛的一种传动机构，随着现代工业水平的发展，齿轮传动正朝着低速重载和高速重载的两个方向发展，对齿轮的性能要求越来越高，要求其具有高功率密度、长寿命、高可靠性等特点。

目前普遍使用的高性能齿轮一般由低碳、中碳合金钢锻件，采用滚齿或插齿成形，再经渗碳、渗氮热处理方式获得表面硬化层，最后通过磨齿到达要求的齿轮设计精度。

现有技术所制备的齿轮，虽然能满足使用要求，但是其热处理工艺过程复杂，而且热处理过程中变形大，容易出现组织缺陷和渗层不均匀等问题，影响其使用性能。另外，对于大螺旋角内齿轮、无退刀槽人字齿和双联齿轮等复杂结构齿轮，采用滚齿或插齿进行加工难度大。而且，常规渗碳、渗氮齿轮的表面硬度和疲劳强度依然较低，限制了齿轮在耐磨性、功率密度和使用寿命上的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金齿轮及其制备方法，本发明提供的方法制备得到的钛合金齿轮表面硬度高、摩擦系数低，耐磨损，抗冲击。

本发明提供了一种钛合金齿轮，包括：钛合金齿轮基体；

附着在所述钛合金齿轮基体表面的硬化层。

在本发明中，所述钛合金齿轮基体的成分优选为α+β相钛合金，在本发明中，所述钛合金齿轮基体的成分优选为：

5.2～6.8wt％的 Al；1.6～2.5wt％的 Sn；1.6～2.5wt％的 Zr；2.0～3.3wt％的 Mo；0.9～

2.0wt％的 Cr；1.0～2.0wt％的 Nb；0.05～0.15wt％的 Si；余量为 Ti。所述钛合金齿轮基体的成分更优选为：

5.5～6.5wt％的Al；2.0～2.5wt％的 Sn；2.0～2.5wt％的 Zr；2.0～2.5wt％的 Mo；1.5～

2.0wt％的 Cr；1.0～1.5wt％的 Nb；0.08～0.12wt％的 Si；余量为 Ti；

所述钛合金齿轮基体的成分最优选为 TC21 牌号的钛合金即Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-1Nb-0.1Si 成分的钛合金：

6wt％的 Al；2wt％的 Sn；2wt％的 Zr；2wt％的 Mo；2wt％的 Cr；1wt％的 Nb；0.1wt％的 Si；余量为 Ti。

在本发明中，所述硬化层为硬度高、耐磨性好、摩擦系数低的硬化层。在本发明中，所述硬化层的厚度优选为 1～2mm，更优选为 1.2～1.8mm，最优选为 1.4～1.6mm。在本发明中，所述硬化层的成分优选包括 TiC、Ti 和 Ni；所述 TiC 在硬化层中的质量含量优选为 35～45％，更优选为 38～42％，最优选为 40％；所述 Ti 在硬化层中的质量含量优选为 35％～45％，更优选为 38～42％，最优选为 40％；所述 Ni 在硬化层中的质量含量优选为10％～30％，更优选为 15～25％，最优选为 20％。在本发明中，所述硬化层中的合金元素 TiC 的含量由表及里梯度降低，即硬化层表面 TiC 含量最高，越接近钛合金齿轮基体，TiC 含量越低。

在本发明中，所述钛合金齿轮可以为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、锥齿轮等。