为机床工具企业提供深度市场分析                     

用户名:   密码:         免费注册  |   点击 进入企业管理  |   申请VIP  |   退出登录  |  

English  |   German  |   Japanese  |   添加收藏  |  

车床 铣床 钻床 数控系统 加工中心 锻压机床 刨插拉床 螺纹加工机床 齿轮加工
磨床 镗床 刀具 功能部件 配件附件 检验测量 机床电器 特种加工 机器人

TPI
搜索
热门关键字:

数控机床

 | 数控车床 | 数控系统 | 滚齿机 | 数控铣床 | 铣刀 | 主轴 | 立式加工中心 | 机器人
      用户频道:    应用案例 |  汽车 |  模具 |  船舶 |  电工电力 |  工程机械 |  航空航天 |  仪器仪表 |  通用机械 |  轨道交通 |  发动机加工 |  齿轮加工 |  汽轮机加工
您现在的位置:数控机床市场网> 专题>钛合金加工技术与工艺专题
钛合金加工过程中的表面防护
2013-2-25  来源:  作者:中油辽河油田公司油气集输公司生产技术科

      1 前言

 

      随着各类动力系统上钛合金材料用量的不断增加, 钛合金零部件在加工过程中的表面防护, 显得尤为重要。钛合金有良好的比强度、很高的耐热性、优良的抗腐蚀性和较低的密度, 已广泛应用于航空、航天、舰船和化工等行业中。特别是在动力系统中, 大量采用钛合金材料, 对减轻体系的重量, 提高推重比有深远意义。

 

      但是钛合金也有它的弱点:

 

      ( 1) 钛合金叶片在机加、抛光时可能造成型面的烧伤、碰撞、划伤、压痕等损伤, 由于钛合金对表面损伤非常敏感, 表面完整性的破坏会明显降低零件的疲劳性能。我国某发动机在台架试车时曾因叶片表面的磨削颗粒物烧伤而导致发动机的失效事故,也曾因转子叶片的叶尖端面刀痕过于粗糙而造成叶片折断;

 

      ( 2) 因钛合金抗污染能力差, 与铝合金、镁合金零件、镀镉、镀锌的钢铁件接触时, 易发生电化学腐蚀而粘结, 致使紧固件在拆卸时出现滞涩现象;

 

      ( 3) 钛合金的硬度较低, 耐磨性差;

 

      ( 4) 几乎所有的钛合金都对热盐应力腐蚀敏感,所以对海洋环境服役的动力系统应该考虑热盐腐蚀, 我国曾因热盐应力腐蚀造成某机压气机叶片断裂事故;

 

      ( 5) 由银的氯化物引起的钛合金银脆( 像钛合金存在氢脆、镉脆一样) 也是造成盘、叶片断裂原因之一。在叶片的榫头和榫槽处镀银, 以提高钛合金表面的耐磨性的方法对于海洋环境下服役的动力系统, 是不可取的;

 

      ( 6) 钛合金在一定温度、压力、气流速度以及摩擦时有发生燃烧的倾向, 几乎各国都有因为“ 钛火”,导致飞行事故, 发动机在运行时, 零件之间的相互高速摩擦、发动机吸入的异物、脱落的螺栓、螺帽、销子等之间的摩擦、转子偏心运转引起叶片与机匣之间的磨擦都会引起钛合金的零件的燃烧, 继而引起烧毁整个发动机。某动力系统的“钛火”曾经是该机返修率频繁的最主要原因。因此抗燃烧钛合金就在这种形势下提出并得到研发和应用。

 

      上述钛合金的种种弱点, 都引发了动力系统在运行过程中的严重事故。因此, 钛合金零部件在加工、装配、运输等过程中的表面防护十分重要。

 

      2 钛合金在机械加工过程中的防护要求

 

      (1) 钛合金零件在切削加工时应采用刚性好的机床、刀具, 振动小、刚性强的专用工装。钛合金零件专用工装不允许有镀锌、镀镉等活泼金属镀层, 以防止钛合金零件因电化学腐蚀而发生与工装的组织交换, 同时防止钛合金的镉脆。选取合适的工装, 尽量降低钛合金零部件的加工应力, 避免变形。

 

      (2) 钛合金加工时, 采用较低切削速度, 锐利的刀具, 走大刀。但是加工过程不准停止走刀。同时选择规定的不含卤化物冷却液, 防止钛合金表面因加工过热、发生粘刀现象, 导致撕伤金属恶化零件表面的问题。

 

      发生粘刀主要是由于钛合金与刀具材料的化学亲和力所致, 采用不含氯化物的冷却液不但可防止过热、还能起到一定的润滑效果, 减少撕伤现象, 也可延长刀具的使用寿命。

 

      (3) 钛合金容易发生冷作硬化, 因此, 切削深度应当超过前一次切削时产生的冷作硬化层的厚度。刀具应兼有抗磨损能力和较高的热硬度。车加工深度, 应由控制车床、刀具的刚度和零件的夹紧程度来保证。

 

      ( 4) 钛合金零件在铣加工时, 推荐使用嵌有硬质合金的高速钢多刃铣刀, 盘铣刀应采用顺铣技术, 当逆向铣加工时, 铣刀稳定性下降一半, 使被加工表面的光洁度会严重恶化。

 

      ( 5) 钛合金零件在钻孔时, 钻头应采用硬质合金或高速钢材料, 采用专用套筒可提高钻头的刚度和耐振性。

 

      ( 6) 钛合金零件磨加工时采用碳化硅型的砂轮,不允许用氧化铝型砂轮。使用专用冷却液) 10% 的亚硝酸钠水溶液, 可在零件表面形成一层薄膜, 阻碍被加工的钛合金零件表面与砂轮材料的相互作用。

 

      ( 7) 钛合金零件抛光时, 非抛光表面要用可剥漆保护( 不准用氯丁橡胶可剥漆) , 以免烧伤。机械抛光时, 宜采用柔性砂带, 分两步, 先用较粗的砂带进行粗化, 再用细的砂带进行精抛。零件表面粗糙度Ra [ 1125Lm, 如叶片进、排气边均应纵向抛光3mm- 5mm, 抛光时也要用上述冷却液。通常情况下精抛光的余量为0105mm- 0115mm ; 光饰抛光( 振动光饰) 余量为0101 mm- 0105mm

 

      ( 8) 钛合金零件机加工时要将尖边倒圆, 推荐不倒角。

 

      ( 9) 加工钛合金叶片榫头时, 用于精密定位的低熔点合金, 在榫头加工后, 低熔点合金( ) 铋、锡)) ) ) 不得残留在叶片上。以防止钛合金零件因污染发生脆性失效。

 

      3 钛合金在热处理过程中的表面防护

 

      钛合金的热处理一般指退火、淬火、时效和真空热处理。钛合金零件的真空热处理( 真空退火) , 目的在于除氢、消除残余应力, 利于板材的冲压、焊接等。钛合金零组件在进行热处理时, 表面绝对不许有油污、指印、卤化物和低熔点合金( 锌、锡、铋、铅、镉) 。入炉前要用2% - 3% 水基清洗剂清洗, 然后用蒸馏水或去离子水清洗, 要求去离子水水质为卤化物浓度小于50ppm ; 也可以用丙酮、航空汽油清洗, 晾干。

 

      热处理夹具通常用不锈钢或高温合金制成。夹具表面没有油污、水、疏松的氧化皮和其它热处理时易挥发、易脱落的物质, 与零件接触部位的清洁度与零件相同。

 

      钛合金热处理炉的要求: 对于有足够余量的毛坯或热处理温度低于600 e , 可以使用普通热处理炉。用普通热处理炉处理钛合金板材后, 允许用碱崩及酸洗的方法去除表面不良覆盖层( 氧化皮、污染层等) 。精加工后的零件不允许用普通热处理炉进行热处理。

 

      用处理钢件的炉子处理钛合金时, 装炉前必须彻底净化残留气氛和残留物。制定严格的净化制度, 以防污染。

 

      小余量或无余量的钛合金精加工的零件, 热处理时必须在真空炉或氩气保护下进行。真空热处理时, 其真空度不低于01133Pa 。热处理后轻微的氧化皮可以不去除。但不允许有淡紫色、浅蓝色和灰色的氧化膜; 若有, 则说明热处理时保护得不好, 要到表面处理车间去除氧化膜。钛合金零件不宜用真空钎焊炉进行热处理。若必须使用时, 钎焊炉必须经过加热净化处理。钛合金热处理前及热处理过程中, 使用的保护性涂料, 不得擅自涂敷, 事先必须经论证并经批准。

 

      4 钛合金在冲压与热成型中的表面防护

 

      钛合金对缺口和其它表面缺陷具有极高的敏感性。冲压前要仔细清理板材毛坯的加工边缘和表面缺陷, 降低敏感。经过消除成型应力后的毛坯, 单面可酸洗掉0105 mm- 0108 mm, 以清理板材表面。

 

      钛合金板材在不加热时, 对变形速度敏感, 变形速度比一般碳素钢慢50% - 60% 。钛合金冷变型时, 发生急剧强化, 因此需要增加中间退火处理。钛合金零件热成型的加热温度超过热处理温度时, 应重新对钛合金进行热处理( 调质、调硬度) 。钛合金零件热成型时, 要考虑热处理后A污染层的去除量。

 

      5 钛合金在焊接过程中的表面防护

 

      钛合金零件在焊接前, 焊接表面要用酸、清洗剂、有机溶剂和碱性溶液清洗, 去除钛合金零件表面的氧化膜、指印、甲醇残留、卤化物离子残留。钛合金表面脱脂除油所用的有机溶剂允许用丙酮或航空洗涤汽油( 180# 汽油) , 不能用普通汽油。通常以清洗与焊接间隔时间最短为原则, 防止再度污染。但是组合件不能用酸、碱清洗。

 

      钛合金零部件焊接部位的正反面均需用氩气或氦气保护。焊接要在真空充氩仓或局部氩气保护下进行。焊接时现场不能通风, 防止保护性的氩气被吹走。

 

      钛合金零部件焊接厂房内环境应清洁, 不能有气割、电弧焊、砂轮打磨、压缩空气及灰尘和烟尘; 无油污、无其他物质掉落在焊件上, 防止焊缝形成针孔。焊接工人要穿洁净的工作服, 戴棉质手套, 不准赤手触摸零件。清理被焊件边缘或抛光时应与焊接工位隔离。

 

      焊接件焊后要清理焊缝, 清除焊药。对形状复杂、截面积大的零件, 焊后要进行退火消除应力处理, 目的是提高零件的抗应力腐蚀能力和疲劳寿命及避免开裂。由于钛合金零部件钎焊温度达到960 e , 该温度下, 钛合金易变形, 焊接后必须要进行真空校型热处理。

 

      6 钛合金在化学、电化学加工过程中的表面防护

 

      ( 1) 关于钛合金化学加工中的增氢

 

      氢脆是铁基合金、钛合金零件经表面处理后易于出现的一种缺陷, 主要表现为零件在使用过程中发生断裂或延迟断裂。由于零件出现氢脆后会导致塑性的严重降低, 且往往滞后发生, 所以氢脆带来的影响一般不易事先检出, 其后果是十分严重甚至是灾难性的。因此, 在钛合金零件的表面处理过程中防止过量吸氢以及处理后及时除氢是非常重要的。目前只能从控制零件生产过程, 减少吸氢和电镀后除氢两方面来考虑减少零件氢脆失效。

 

  

  

      ( 2) 关于钛合金件氢含量的控制

 

      钛合金零件在表面处理前, 如化学铣削、电镀、清除污染、酸洗、腐蚀检查时, 氢含量要求小于80ppm; 原材料氢含量超过120ppm 要先进行真空除氢后再投料加工; 因此有必要了解表面处理时钛合金的增氢情况。加工过程必须提供代表的零件状态、相同加工过程的定氢试样和前工序的氢含量报告。无定氢试样和前工序氢含量报告的零件, 以及氢含量超过120ppm 零件, 不允许进入下工序。

 

      ( 3) 加工到精度要求的钛合金零件要真空除氢完成化学加工工序后的钛合金零件, 必须测定氢含量, 氢含量超过规定值的应进行真空除氢处理。

 

      ( 4) 钛合金电镀前需要吹砂处理

 

      钛合金电镀前处理至关重要, 为了提高钛合金零件镀层的结合力, 要在允许的范围内粗化表面)湿吹砂, 但是阳极氧化、腐蚀检查冶金缺陷、化铣等不用吹砂粗化表面。

 

      ( 5) 钛合金零件镀前的除油和活化处理

 

      有机溶剂除油: 只允许用丙酮或航空汽油( 保证不含氯离子) , 决不允许用卤代烃) ) ) 三氯乙烯, 三氯乙烷等。另外, 也不能用氯丁橡胶可剥漆绝缘。化学除油: 钛合金零件在表面处理前只允许进行化学除油, 且温度不能超过75 e 。温度高, 零件会出现氧化色, 影响镀层结合力。钛合金不允许用电化学方法电解除油, 避免阴极除油时零件增氢, 阳极除油时表面氧化及渗氧。活化: 钛合金零件电镀前, 必须去除表面自然氧化膜, 制备新鲜表面, 并立即施镀。活化采用不同的组合酸。
 

      ( 6) 钛合金零件溶液处理后的干燥处理钛合金成品件经过溶液处理后干燥时, 推荐采用电吹风( 冷风) 吹干, 110 e 烘箱鼓风烘干。原则上不允许用压缩空气吹干, 因压缩空气可能清洁程度不够。

 

      ( 7) 钛合金表面低熔点合金清理的要求

 

      采用低熔点合金定位加工完形状不规则零件时, 在用物理方法清除了低熔点合金块后, 允许采用水蒸气吹、热水煮等物理的方法, 清除零部件上目视可见的低熔点合金微粒, 同时还要求必须将零件表面残留的痕迹量低熔点合金彻底清理。

 

      这主要是因为低熔点合金熔化后会向钛合金基体里扩散, 特别是受热时, 特别是原子半径较小的外来原子向基体位错处的晶间扩散、聚集的速度更快,因而会在基体上产生疲劳源, 引起钛合金零件的脆性疲劳断裂, 避免低熔点合金对钛合金零件的污染造成的失效后果。低熔点合金浇铸的生产现场要加强管理, 提高对低熔点合金危害性的认识。带有低熔点合金的零件要放在指定的周转箱内, 箱上要有“污染”标识。去除污染后的零件要存放在干净( 绝对无低熔点合金污染) , 有“无污染”标识的周转箱内。确保除完污染的零件不会再一次接触到低熔点合金。低熔点合金的存放应有明确的标识; 浇注低熔点合金的容器、夹具、工具、刀具等被污染用具, 要有标识。

 

      ( 8) 钛合金表面标记与标印过程

 

      钛合金零件在分解、装配零组件时, 推荐拴标签或无铅彩笔标记。事后要用航空汽油或丙酮擦掉。禁止使用普通的红蓝铅笔或其他未被批准的彩笔标记; 钛合金成品件允许采用电化学标印, 但不允许采用电笔( 振动) 标印。

 

      ( 9) 钛合金件化学处理后的防护

 

      钛合金件化学处理后, 对表面没有进行任何涂敷层防护的零件, 化学处理后应认真清洗, 最后必须经过蒸馏水清洗吹干, 表面不允许有残留的指印、甲醇、卤化物等污物。

 

      7 钛合金在装配试车中的表面防护

 

      ( 1) 分解装配使用的工具要求

 

      钛合金零件在分解装配时, 不允许使用镀锌、镀镉工具, 以免锌、镉粘在零件上。分解、装配、较正或敲击时不准用铜质锤、芯棒敲击, 以免粘铜。装配人员, 必须配戴干净的棉质细沙手套。

 

      ( 2) 分解、装配需要加温时的要求

 

      分解、装配需要加温时, 有钛合金材料的, 加温前应将零组件清洗干净, 清洗液及漂洗水中的卤化物含量≤ 50ppm。其加热温度不允许超过260 e

 

      ( 3) 钛合金零件装配前要彻底清洗

 

      装配前, 钛合金零件要彻底清洗, 清洗用的有机溶剂为丙酮、丁酮或航空汽油。不允许用甲醇、含甲醇的乙醇、甲基卤化物、三氯乙烯、高氯乙烯、三氯甲烷、四氯化碳、氟里昂等。清洗用水质要求电阻率小于5000081cm2, 洗后立即在80 e - 110 e 控温鼓风箱烘干, 或用电吹风( 冷风) 吹干。

 

      8 钛合金零件检验时的表面防护

 

      检验员应戴棉质细纱手套。钛合金零件交检时, 不允许有手印、水印、铅笔印、蜡笔印、粉笔印、污物及外来物, 否则检验员可以拒收。荧光检查前用丙酮或含2% - 3% 水基清洗剂进行清洗, 最后用去离子水清洗。

 

      9 运输和储存的防护要求

 

      机加工的零件、板材、坯料及成品钛合金件在运输和储存中避免缺口、碰伤、划痕, 避免手印。在搬运、装卸过程一定要有包装保护。

 

      在制造、运输和贮存过程严禁酸、碱等腐蚀性物质、灰尘和油污落到钛合金零组件上。钛合金零件在制造、搬运与储存过程中禁止与镉、铅、锡、锌、镁、钯等直接接触, 防止低熔点合金污染和发生电化学接触腐蚀。

 

      钛合金零组件严禁与高浓度的氢气、氧气、氮气、二氧化碳气氛接触。严禁与甲醇、卤化物类物质接触。

 

      10 钛合金零件的封存包装

 

      清洗吹干后的钛合金零件封存包装时, 要用干净纱布手套接触包装零件。

 

      钛合金成品件, 允许用中性羊皮纸、牛皮纸、聚乙烯塑料包装。

 

      钛合金成品件, 不允许油封, 不允许用蜡纸、聚氯乙烯塑料包装, 以防接触腐蚀。

 

      钛合金成品件禁止与含硫、含氯包装纸或蜡纸接触。

    投稿箱:
        如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表,或进行资讯合作,欢迎联系本网编辑部, 邮箱:skjcsc@vip.sina.com
名企推荐
山特维克可乐满
哈斯自动数控机械(上海)有限公司
西门子(中国)有限公司
哈挺机床(上海)有限公司
北京阿奇夏米尔技术服务有限责任公司
陕西秦川机械发展股份有限公司