摘 要：鈦合金具有高強度、低密度、耐腐蝕和耐高溫特性，在航空產(chǎn)品中廣泛應用于制造壓氣機部件，如葉輪、鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。但是鈦合金中溶解過多的氫會產(chǎn)生氫化物，使合金變脆。切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發(fā)有毒氣體，產(chǎn)生應力腐蝕，切削后應及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。鈦的化學親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，鉛或鋅基合金、銅、錫、鎘制作的工、夾具與鈦合金接觸會改變鈦合金表面金屬性質(zhì)狀態(tài)。因此，鈦合金零件在零件加工過程中應避免與污染物接觸，或者應消除已經(jīng)被污染的表面。文章研究了鈦合金零件在機械加工中、裝配、熱處理、檢測、洗滌和包裝過程中表面清理方法。

　　關(guān)鍵詞：鈦合金；表面清理；工藝

　　1 研究意義和主要內(nèi)容

　　鈦合金具有高強度、低密度、耐腐蝕和耐高溫特性，在航空產(chǎn)品中廣泛應用于制造壓氣機部件，如葉輪、鍛造鈦風扇、壓氣機盤和葉片、鑄鈦壓氣機機匣、中介機匣、軸承殼體等。但是鈦合金中溶解過多的氫會產(chǎn)生氫化物，使合金變脆。切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發(fā)有毒氣體，產(chǎn)生應力腐蝕，切削后應及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。鈦的化學親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，鉛或鋅基合金、銅、錫、鎘制作的工、夾具與鈦合金接觸會改變鈦合金表面金屬性質(zhì)狀態(tài)。因此，鈦合金零件在零件加工過程中應避免與污染物接觸，或者應消除已經(jīng)被污染的表面。

　　目前隨著鈦合金零部件的大量生產(chǎn)，抗疲勞制造概念在航空企業(yè)中逐步被應用到工程實踐中，對零件表面狀態(tài)的要求愈來愈高。在2010年以來，各航空企業(yè)分別對鈦合金零件按照理論分析提出一些制造過程中的要求，但是在實際工藝過程中采用的有效控制措施水平參差不齊，還不夠完善和系統(tǒng)。對于鈦合金零件在加工過程中采用的防污染方法的研究還不夠系統(tǒng)和全面。

　　本文通過研究典型的鈦合金葉輪在加工中進行抗污染工藝策劃，重點清理鈦合金零件在加工中污染的來源，采取抗污染措施，闡述鈦合金零件在加工中抗污染技術(shù)。

　　鈦的化學活性大，與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強烈的化學反應。含碳量大于0.2%時，會在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時，與N作用也會形成TiN硬質(zhì)表層；在600℃以上時，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達0.1～0.15mm，硬化程度為20%～30%。鈦的化學親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。導熱系數(shù)小、彈性模量小。鈦的導熱系數(shù)λ=15.24W/（m.K）約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導熱系數(shù)比鈦的導熱系數(shù)約下降50%。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，不宜制作細長桿和薄壁件，切削時加工表面的回彈量很大，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。

　　3 鈦合金零件在加工中抗應力腐蝕和污染措施

　　3.1 鈦合金的應力腐蝕

　　由于加工、裝配或成型操作會引起一定程度的張應力，張應力越大，應力腐蝕的風險就越高。因此，控制產(chǎn)生最低張應力的方法是至關(guān)重要的。相反，材料內(nèi)部的壓應力對零件有利。

　　主要的鈦合金材料其應力腐蝕的敏感度分為3個類別：

　　高敏感度的鈦合金材料：TA5E；TA8DV

　　普通敏感度的鈦合金材料：TA6V；TA6Zr4DE；TAD6Zr4E；TA6ZrD

　　低敏感度的鈦合金材料：T40；T50；T60；TU2

　　航空發(fā)動機發(fā)動機中通常使用的合金是上面加下劃線的材料。

　　應力腐蝕只有在由污染物存在的情況下發(fā)生。禁止和預防接觸的物質(zhì)詳細敘述在第2條中。當污染物殘留在零件上，溫度較高（尤其250℃以上）或長時間處于高溫條件下，應力腐蝕的風險會上升。

　　3.2 污染物

　　在產(chǎn)品制造中區(qū)別不同的合金和零件每部分應力的情況是十分困難的，下面的規(guī)定適用于全部的鈦合金零件。

　　（1）禁止接觸的物品：氣態(tài)或液態(tài)的有機鹵化劑（氯化的、氟化的……）：含氯的切削液；工業(yè)酒精或含有工業(yè)酒精的產(chǎn)品。（2）鈦合金與鎂、銀、鎘金屬直接接觸是不允許的。特別是制造中使用的工具不能鍍鎘，但可以鍍鎳、磷化或堿性發(fā)藍處理。（3）低熔點化合物（石蠟等）殘留痕跡一定要確保在最終表面形成前被去除，相同的限制也包括低熔點金屬（鉛、錫、鋅和它們的合金）。

　　4 拋光方法清理表面技術(shù)的研究

　　去除零件表面全部毛刺，采用刮刀、旋轉(zhuǎn)銼等。考慮材料因素，所有的拋光砂紙，紗布和油石等磨粒均應選擇碳化硅材質(zhì)。拋光輪硬度為中軟級、其粒度必須在240～600之間。

　　可以采用油石和拋光棉相結(jié)合的方法，用油石拋修型面，去除大余量，用拋光棉提高表面粗糙度。也可以用砂布完成所有拋光過程。可選用風動工具選用大小合適的磨頭柄及磨頭，使其可進入葉輪流道。拋光工具轉(zhuǎn)速為10000r/min。首先把砂布纏在工具上，其中砂紙為碳化硅砂紙，粒度為150、240，分別用于粗、精加工。然后開始拋修葉片及流道。如采用碳化硅去毛刺拋光刷進行，拋光刷高速旋轉(zhuǎn)500r/min，零件相對轉(zhuǎn)動和軸向移動。要保證多角度，多位置，每一個楞邊都能拋到。一般操作2min后檢查倒角去毛刺情況，用手指在齒面上觸摸，應圓滑，沒有尖銳的感覺即合格。如果局部有刮擦感應再拋一遍。按需采用磨粒流工藝提高表面質(zhì)量，所有表面光度進一步提升。目前典型的碳化硅磨料，經(jīng)過磨粒流處理的表面去除余量不大于0.005mm。

　　5 清洗方法研究

　　5.1 消磁

　　在加工過程中直接或間使零件磁化，因此在最后的清洗前所有零件都要進行消磁處理，所有零件消磁處理至少應達到磁場強度不超過3高斯（零件功能要求均有磁性的除外）。當個別零件要求磁化時，應單獨處理達到要求。在加工中保持規(guī)定的磁性，零件應被保護。

　　5.2 普通清洗

　　鈦合金零件不應與甲醇溶劑或氯化物溶劑（如三氯乙烯，三氯乙烷）接觸。用潔凈的紗布蘸丙酮，丁酮或者異丙酮擦拭零件表面去除油污。無斷續(xù)水膜狀態(tài)：該狀態(tài)是指當一個零件在水中浸漬后，在其表面形成一層連續(xù)水膜，并且該水膜至少在10s內(nèi)不會形成小水珠的狀態(tài)。

　　5.3 壓力沖洗

　　帶有深凹槽的零件應進行壓力沖洗，沖洗前溶液應經(jīng)過5μ的過濾器過濾。這類零件包括導管，燃油總管，閥套和鑄件中內(nèi)部管道。（1）在沖洗工序前，零件應先進行脫脂處理。（2）不能用水加壓沖洗易腐蝕的合金。（3）每個內(nèi)部管道至少加壓沖洗30秒，實際工作中，至少反向沖洗30秒。（4）沖洗過程中的機械振動對清洗有內(nèi)部空腔和管道的零件很有幫助。

　　5.4 去離子水沖洗零件

　　檢查濕的零件中酸溶液是否去除干凈，在可能殘留酸的部位，放置上藍色石蕊試紙。如果試紙變紅，說明有殘留酸的存在，零件應該重新水洗。如果試紙無明顯變色，認為酸已經(jīng)去除干凈。

　　本文研究了鈦合金零件表面清理方法和一些典型清洗工藝，獲得了可以提升鈦合金零件加工質(zhì)量的經(jīng)驗。

　　參考文獻

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