复杂形体钛合金零件的加工工艺探析

复杂形体钛合金零件的加工工艺探析

陈效姜玉杰谭元斌

四川泛华航空仪表电气有限公司四川成都610500

摘要：钛合金作为一种强度高、抗腐蚀性强、硬度高、以及耐高温的新型材料，在我国更多工业生产中均有涉及。由于其硬度高，使得钛合金零件的加工制造过程较为困难，本文以钛合金零件的加工为基点，对于复杂性体钛合金领奖加工中的热处理工艺以及要领进行一次简要的阐述。

关键词：钛合金；零件加工；热处理工艺

钛合金零部件凭借自身质量轻、硬度高、耐腐蚀性等特点在目前社会中大量运用，其中尤以航空领域为最。钛合金零部件已经逐渐取代了其他材料在航空领域的应用。复杂形体钛合金零件在加工过程中，针对其零件的特点，设计有效的热处理工艺加工方案，运用高效的数控加工技术是对于复杂形体钛合金零件加工中的关键影响因素。

一、钛合金零件加工过程中的热处理工艺应用

为确保钛合金材料的性能要求以及其规格参数，钛合金材料在进入工厂的第一件事情应当对其进行检查，钛合金零件材料一般可根据其退火组织分为α型、近α型、α-β型以及β型。钛合金零件加工热处理工艺对钛合金零件的质量有着很大的影响[1]。

（一）热处理工艺流程

（1）热前准备工作

热处理工艺进行之前用干净的布子或织物与二甲基酮进行擦拭、清理零件表面的油脂、卤化物等物质；清洗完毕后搬运人员应当穿戴干净的工作服，戴白手套进行搬运，以防止二次污染。对钛合金零件使用符合要求的保护涂层，以防止在热处理过程中钛合金零件起皮或经历减少零件的表皮脱落。将用于热处理公寓的炉膛以空气或惰性气体进行清洗，清洗完成后确保炉内空间充满惰性气体。

（2）钛合金零件的装挂

对于钛合金零件的装挂来说，其装挂的方式以不阻碍热量的传导与冷却介质的循环为主要工艺要求，大型钛合金零件之间以至少间隔2cm为基础间隔单位，与钛合金零件直接接触的工装夹具必须是由耐热合金所制成的，材料选取以在高温状态下不予钛合金发生反应的材料为主。在热处理过程中，钛合金零件坚决不能与石墨、陶瓷等多孔材料接触。

（3）钛合金零件的热处理与保温时间

在钛合金零件的热处理中还有很多要进行的步骤：

①退火：退火程序一般在空气炉中进行，某些对钛合金零件表面的污染度有要求的时候，需要在惰性气体炉中进行，以应对工艺要求。在退火过程中，若钛合金零件形体较大，那么在等温退火过程中需要采用转炉或者将炉门打开一达到冷却的目的；双重退火第一次的空冷因将零件尽量分散，加速冷却过程，必要的情况下应用强风制冷来散热，以确保钛合金零件冷却速度慢进而影响到钛合金零件的整体质量。

②除氢：在进行除氢的时候，对于炉内的参数要求一般为：绝对压强≤7*10-2，加热温度600-750℃，保温时间一般大于1小时后，将钛合金零件在氩气中迅速降温至200℃以下将钛合金零件出炉进行空冷。

③消除应力退火：消除应力退火可以在760℃到790℃之间与热成形同时进行，若是焊接后进行消除应力退火应将温度控制到800℃到850℃之间进行。

④固热熔处理：在进行钛合金零件的固热熔处理之前，需要先将钛合金零件表面的毛刺、边角等进行修整或者倒角。钛合金零件的固热熔处理根据钛合金材料退火组织的不同所选用的加热温度也不尽相同。

⑤淬火：钛合金零件的淬火方式多种多样，为保证钛合金零件淬火后能够满足工艺性能要求，面对不同工艺要求的钛合金零件的淬火方式也不同，一般选用在空气或者惰性气体中空冷，除此之外，所有可热强化的钛合金零件都需要在水中完全浸入来淬火，钛合金薄板或带材可采用水流喷射淬火，淬火时间应当严格遵守，在四种性质的钛合金材料退火组织中，β型的钛合金材料因其稳定系数较高，在保证淬火后应有性能的要求下，淬火时间可适当延长。

⑥真空热处理：真空热处理一般应用于钛合金零件氧扩散层的去除过程中的溶液残留，将钛合金零件以包裹法为保护措施，即钛合金零件包裹在钛箔中，进行真空热处理，处理完毕后将钛合金零件置于氩气中进行降温冷却。真空炉在生产之中要通过不超过一个自然月的时间来进行空炉烘烧，若是钛合金零件的工装夹具在超过十五和自然日的时间未应用于生产，也要对其采取烘烧措施，具体行径为：将真空炉或者工装夹具加热到标准生产温度高100℃的温度环境下，保持到这个温度环境下真空压强不持续提高十五分钟以外，方可结束烘烤处理，真空炉应在惰性气体的保护下冷却到低于150℃方为合格。

⑦重复热处理：重复热处理一般应用在由于热处理方式不当或者钛合金零件显微组织的图样不符合工艺要求的这种情况下，以不降低钛合金零件的性能指标为行为标准，进行热处理的一次重复过程[2]。

（4）钛合金零件表面污染控制

部分钛合金零件会受到工艺要求或者其他文件的要求对其表面污染进控制，故在使用惰性气体或真空炉在进行处理的过程中，随炉设置两组金相试样，采用干净为污染的不锈钢丝或者钛丝，捆绑置于具有代表性的地方，与钛合金零件一同进行热处理工艺，热处理结果完成后应用金相法进行表面污染的判定。

（5）热后清理工作

在经历过热处理流程后，钛合金零件表面的氧化皮层可以通过化学酸溶液清洗、风力吹砂清洗或者是机械清洗的方式来清除，在进行精加工钛合金零件的氧化层去除时，还需要将氧化层下面的基体钛合金材料去除掉一定的深度，至于在惰性气体或者真空进行热处理的钛合金零件来说，表面出现草黄色氧化膜不需要进行清除，若是表面出现褐色、紫色、蓝色或者灰色的氧化膜，则必须要进行氧化膜的清理去除工作，以保证钛合金零件的性能。

（二）热处理工艺操作人员注意事项

由于钛合金另加的热处理工艺加工过程属于特种作业过程，在整个热处理过程中的大部分环境都是处于几百度的高温环境中进行，故所有从事热处理生产的相关操作人员、仪表监管人员以及质量检验人员都必须具备相关知识，在上岗操作之前一定要进行岗位技能培训，做到持证上岗[3]。

二、结语

钛合金热处理工艺对于钛合金材料性能提升及其有效，故通过对钛合金零件热处理加工过程中热处理工艺、热处理设备、钛合金零件材料以及操作人员等程序的严格把关与密切配合，在提高生产质量的同时，以成本节约与效率提高为目标继续前进。

参考文献：

[1]冯秋元,雒水会,马宏刚,等.热处理工艺对TC8M-1钛合金组织和性能的影响[J].中国钛业,2017,46(S1):41-44.

[2]刘全军,郭初阳,齐江江.钛合金材料的热处理工艺及控制研究[J].新技术新工艺,2016(07):69-73+93.

[3]潘浩,江希龙,韩保辉,等.大型薄壁钛合金零件的热处理工艺[J].金属热处理,2016,41(11):156-159.