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有毒氣體，產生應力腐蝕，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，易與摩擦表面產生粘附現象，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狀態。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。

　　關鍵詞：鈦合金；表面清理；工藝

　　1 研究意義和主要內容

　　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有毒氣體，產生應力腐蝕，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，易與摩擦表面產生粘附現象，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狀態。因此，鈦合金零件在零件加工過程中應避免與污染物接觸，或者應消除已經被污染的表面。

　　目前隨著鈦合金零部件的大量生產，抗疲勞制造概念在航空企業中逐步被應用到工程實踐中，對零件表面狀態的要求愈來愈高。在2010年以來，各航空企業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。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。

　　鈦的化學活性大，與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產生強烈的化學反應。含碳量大于0.2%時，會在鈦合金中形成硬質TiC；溫度較高時，與N作用也會形成TiN硬質表層；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，易與摩擦表面產生粘附現象。導熱系數小、彈性模量小。鈦的導熱系數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比鈦的導熱系數約下降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，控制產生最低張應力的方法是至關重要的。相反，材料內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

　　航空發動機發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生。禁止和預防接觸的物質詳細敘述在第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

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

　　（1）禁止接觸的物品：氣態或液態的有機鹵化劑（氯化的、氟化的……）：含氯的切削液；工業酒精或含有工業酒精的產品。（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的研究

　　去除零件表面全部毛刺，采用刮刀、旋轉銼等。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。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500r/min，零件相對轉動和軸向移動。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量，所有表面光度進一步提升。目前典型的碳化硅磨料，經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。無斷續水膜狀態：該狀態是指當一個零件在水中浸漬后，在其表面形成一層連續水膜，并且該水膜至少在10s內不會形成小水珠的狀態。

　　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量的經驗。

　　參考文獻

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　　[2]王啟平.機械制造工藝學[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2002.