钛合金氢处理时氢含量精确控制模型的建立方法

摘要

本发明钛合金氢处理时氢含量精确控制模型的建立方法属于钛合金热处理技术，涉及对钛合金氢处理方法的改进。其特征在于，建立氢含量控制模型的步骤如下：建立氢含量控制理论模型；通过试验，确定校正系数K。本发明能提高钛合金氢处理时氢含量的控制精度，大大提高钛合金材料的加工性能。

主权项

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： C 1 = m 2 - m 1 m 1 × 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(P2n，Cn)，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； P 1 = K P ′ vs T 1 T ′ 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 = K mC RT 1 MV - - - [ 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 = 1 K T ′ Vf ( C ) P ′ v T 1 + T ′ RmC P ′ 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 = P 3 VT ′ P ′ v 2 t ′ T 1 . - - - [ 7 ]