1、 序言(yan)
近年来(lai)，航空(kong)制(zhi)造业(ye)对(dui)钛合金的(de)需求大幅提(ti)升，大(da)型(xing)飞(fei)机中(zhong)钛合金的使(shi)用(yong)范围(wei)非常广(guang)泛。作为飞(fei)机(ji)及发动机的(de)优良制造材料，钛(tai)合(he)金(jin)具(ju)有(you)结构(gou)强(qiang)度高(gao)、质(zhi)量轻(qing)及耐(nai)蚀性良好等(deng)特(te)点。钛(tai)合(he)金(jin)材料(liao)的切(qie)削性(xing)能决(jue)定了(le)其加(jia)工(gong)后工(gong)件(jian)表面(mian)完整(zheng)性较差(cha)。下(xia)面(mian)从(cong)钛合(he)金(jin)的加(jia)工特性(xing)、加工刀(dao)具、工(gong)装(zhuang)选用和切削(xue)参(can)数(shu)等方(fang)面(mian)，介绍航(hang)空钛(tai)合金的(de)加(jia)工(gong)方法(fa)及表面(mian)完整(zheng)性控制技术。
2、 钛合(he)金的特(te)点(dian)及(ji)应(ying)用
在(zai)航空工(gong)业领域(yu)，钛合金主(zhu)要(yao)用于(yu)制(zhi)造(zao)发动(dong)机压气(qi)机盘、中空风扇叶(ye)片(pian)、涡轮盘(pan)和机匣(xia)壳(ke)体(ti)等零部件，以及(ji)大飞机起落(luo)架(jia)、外(wai)翼(yi)段(duan)、机(ji)身(shen)外壳、舱(cang)门、液(ye)压(ya)系统(tong)和机(ji)身(shen)后段等(deng)结构(gou)件。目(mu)前，钛(tai)合金在(zai)航空工业(ye)中的使(shi)用(yong)比(bi)例已(yi)由(you)6%提高(gao)至(zhi)15%以(yi)上(shang)。
波(bo)音777使(shi)用了7%～9%的(de)钛合(he)金(jin)零件(jian)；为(wei)达到降低(di)燃油消耗(hao)20%的(de)目标(biao)，波(bo)音(yin)787在(zai)研发过(guo)程(cheng)中(zhong)投(tou)入(ru)约20亿(yi)元(yuan)，专(zhuan)项(xiang)研究钛合(he)金在飞机(ji)某(mou)些部位(wei)替(ti)代铝合(he)金(jin)，使波音787机(ji)体(ti)钛合(he)金用(yong)量达(da)15%；国内大飞(fei)机项目(mu)中，钛合(he)金(jin)的用(yong)量已(yi)从支线(xian)客机ARJ21的4.8%，逐步(bu)增长到干(gan)线(xian)客机C919的(de)9%以(yi)上。
航(hang)空(kong)领(ling)域结(jie)构轻(qing)量化、高(gao)强(qiang)度等需求(qiu)，使其越(yue)来(lai)越(yue)离(li)不开钛(tai)合(he)金(jin)。根(gen)据强(qiang)度和耐高(gao)温(wen)性(xing)能，钛(tai)合(he)金可分(fen)为(wei)α钛(tai)合(he)金、β钛(tai)合(he)金(jin)、α+β钛(tai)合金和(he)钛铝合金，其(qi)中以α+β钛(tai)合金(jin)（Ti6Al4V）应用最(zui)为广泛(fan)。α钛合金热焊接(jie)性(xing)能(neng)好，抗氧化(hua)性(xing)强(qiang)，但(dan)韧(ren)性一(yi)般(ban)；β钛(tai)合(he)金可锻(duan)性较(jiao)好，冷成(cheng)形(xing)性及(ji)热处(chu)理(li)强(qiang)化(hua)性(xing)强；α+β钛(tai)合(he)金韧性好(hao)，可(ke)焊接及热(re)处理强(qiang)化，抗(kang)疲(pi)劳性能较(jiao)好(hao)。
Ti6Al4V的材(cai)料成(cheng)分(fen)主要(yao)包括(kuo)Ti、Al、V、Fe、O、C、Si、Cu及(ji)少量(liang)的N、H、B和(he)Y。钛(tai)合(he)金综(zong)合(he)力学(xue)性(xing)能优(you)异(yi)，密(mi)度低(di)，耐(nai)腐(fu)蚀性能良(liang)好，作(zuo)为(wei)一种(zhong)高(gao)强度(du)合金材料，在(zai)航(hang)空(kong)发动(dong)机(ji)及(ji)航空工业(ye)领(ling)域(yu)一(yi)直被(bei)推广使用(yong)。但(dan)是(shi)，钛(tai)合(he)金切削(xue)过(guo)程中(zhong)的高温、高(gao)抗(kang)力，使其加工后表面(mian)冷(leng)作(zuo)硬(ying)化现象(xiang)严(yan)重(zhong)，加剧了刀(dao)具(ju)的(de)磨(mo)损，导(dao)致(zhi)其切削(xue)性较(jiao)差(cha)，这些(xie)都(dou)不利于(yu)获得(de)好(hao)的(de)表(biao)面质量(liang)，影(ying)响(xiang)钛合金零件的(de)使用(yong)寿命(ming)及发(fa)动机工作(zuo)性(xing)能(neng)。下(xia)面(mian)以(yi)Ti6Al4V为(wei)研(yan)究对象(xiang)，结合生(sheng)产(chan)实践(jian)中(zhong)积(ji)累的(de)经(jing)验方(fang)法(fa)，对钛合(he)金(jin)零件(jian)的(de)切(qie)削(xue)性(xing)能、加工(gong)方(fang)法及(ji)表面检(jian)测(ce)技(ji)术进行介绍。
3、 钛合(he)金(jin)加(jia)工方法
3.1 刀具(ju)的选(xuan)择
加(jia)工(gong)钛(tai)合金(jin)的(de)刀(dao)具材(cai)料(liao)应(ying)具(ju)有(you)韧性(xing)好(hao)、热硬性好(hao)、散热(re)性及(ji)耐(nai)磨(mo)性(xing)好(hao)等(deng)特(te)点，除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)，刀(dao)具还(hai)应满足(zu)刃口(kou)锋利(li)、表面(mian)光(guang)洁等要求(qiu)。加(jia)工钛合金(jin)材料时，首选导热(re)性较好、强(qiang)度较(jiao)高(gao)的硬质(zhi)合金刀(dao)具，且(qie)前角较(jiao)小(xiao)、后角(jiao)较大(da)。为避(bi)免(mian)刀尖崩刃及(ji)裂(lie)碎(sui)，刀(dao)尖(jian)刃(ren)部(bu)应(ying)做(zuo)圆(yuan)弧(hu)过渡处理；加(jia)工时应保(bao)持(chi)刃(ren)口(kou)锋利，有利于(yu)及(ji)时排屑(xie)，避免切屑(xie)粘(zhan)刀。
加工(gong)钛合金时，为(wei)防止(zhi)刀(dao)具本体(ti)及(ji)涂(tu)层(ceng)与钛(tai)合(he)金(jin)产(chan)生亲(qin)和反应(ying)，使(shi)刀(dao)具(ju)磨(mo)损(sun)加剧，通常避(bi)免(mian)选(xuan)择(ze)含(han)钛类硬质合金及(ji)含钛(tai)涂(tu)层(ceng)刀具(ju)。多年的(de)生产(chan)实(shi)践发现(xian)，含(han)钛类(lei)硬(ying)质合(he)金(jin)刀(dao)具虽然容(rong)易发生黏结、磨(mo)损，但其(qi)具有优(you)异的(de)抗扩散磨损能力(li)，尤其(qi)是高(gao)速切削时，含钛类硬(ying)质合(he)金刀具(ju)的(de)抗扩(kuo)散磨(mo)损能(neng)力(li)明显(xian)优(you)于YG类硬(ying)质(zhi)合金刀(dao)具。
世(shi)界(jie)各(ge)大刀具(ju)厂(chang)商(shang)均(jun)推出了针对钛(tai)合(he)金零件(jian)加(jia)工的切削(xue)刀片。刀具材(cai)质(zhi)及涂(tu)层(ceng)材(cai)料(liao)的(de)不断(duan)改良(liang)，提(ti)高了钛合金材料(liao)的(de)切(qie)削(xue)效(xiao)率，推(tui)动了钛合金(jin)工业(ye)的(de)发(fa)展。伊斯卡（ISCAR）公(gong)司的(de)IC20刀片切(qie)削钛合(he)金(jin)，刀具刃口(kou)锋(feng)利，适合(he)钛合金工(gong)件的(de)精加(jia)工(gong)。其IC907刀片(pian)有(you)效(xiao)提(ti)高(gao)了(le)刀片(pian)的(de)耐磨(mo)性，适合(he)应用于(yu)粗(cu)加工(gong)及半精(jing)加(jia)工中(zhong)；山高（SECO）公司用于加(jia)工(gong)钛合(he)金(jin)的CP200及CP500，采用物(wu)理(li)气(qi)相(xiang)沉积技(ji)术(shu)，是一种(zhong)高(gao)硬度(du)超细颗(ke)粒的(de)刀片(pian)材质(zhi)；瓦尔特（Walter）公(gong)司的(de)WSM30、WSM20及(ji)WAM20，采用TiCN、TiAlN、TiN与Al2O3涂(tu)层(ceng)，刀具(ju)的(de)抗(kang)变形、抗(kang)磨(mo)损能(neng)力(li)较(jiao)强(qiang)。常用(yong)的(de)钛(tai)合(he)金(jin)加工刀(dao)具(ju)及(ji)涂(tu)层见(jian)表1。
据统计，航(hang)空(kong)制造(zao)领域大部分(fen)需使用进(jin)口刀具，而(er)钛合(he)金等(deng)难(nan)加工材(cai)料(liao)对于进(jin)口刀(dao)具的(de)依(yi)赖(lai)程度更高(gao)。因此，推动国(guo)产刀具及(ji)涂层材(cai)料(liao)的研(yan)发及应用，是彻(che)底解(jie)决(jue)国内钛合金(jin)加工问题(ti)的(de)有(you)效(xiao)途径(jing)。
3.2 刀(dao)具(ju)的(de)磨(mo)损(sun)及解(jie)决(jue)办法(fa)
钛合(he)金(jin)材料切(qie)削时，在切(qie)削(xue)速(su)度较(jiao)高、吃刀量较大(da)的(de)情(qing)况下，刀具(ju)前(qian)刀面(mian)切(qie)削温度(du)最高处(chu)会(hui)磨(mo)出一个月牙(ya)洼(wa)，刀片的(de)切削(xue)刃(ren)与月牙(ya)之间(jian)有(you)明(ming)显的棱(leng)边。月牙(ya)洼的(de)宽(kuan)度及(ji)深(shen)度随着切(qie)削(xue)磨(mo)损的加重逐(zhu)渐(jian)扩展，使切削(xue)刃(ren)的刚性(xing)降(jiang)低，继续使(shi)用刀(dao)具(ju)会出现崩(beng)刃现(xian)象(xiang)。刀片(pian)磨损的电子显(xian)微图像如(ru)图1所示(shi)。
钛(tai)合金材料(liao)加工时，刀片与(yu)工(gong)件(jian)剧烈摩擦(ca)，刀(dao)片后刀(dao)面(mian)与(yu)切(qie)削刃交(jiao)界(jie)的部位(wei)磨(mo)出(chu)后(hou)角为零(ling)的(de)小棱(leng)面，形(xing)成后(hou)刀(dao)面(mian)磨(mo)损。除此之外，由(you)于(yu)钛(tai)合金的加工硬化(hua)，副切削刃(ren)的(de)刀尖部(bu)位(wei)切(qie)削(xue)厚(hou)度逐(zhu)渐(jian)减小(xiao)，导(dao)致切(qie)削刃打滑(hua)，后刀(dao)面(mian)也会(hui)出(chu)现较大磨损。
刀(dao)片(pian)磨(mo)损后(hou)，可通(tong)过观察(cha)切屑形态(tai)、颜色，机床(chuang)的受(shou)力、声音和振(zhen)动(dong)等，调(diao)整切(qie)削线(xian)速(su)度及进(jin)给(gei)量(liang)，控(kong)制(zhi)刀(dao)片(pian)前(qian)刀(dao)面(mian)异(yi)常磨(mo)损。采(cai)用正前(qian)角槽(cao)型(xing)刀(dao)片，选用(yong)耐磨(mo)的刀片(pian)材料或(huo)涂层(ceng)，提(ti)高(gao)刀具(ju)寿命(ming)。
钛(tai)合(he)金(jin)加(jia)工过(guo)程中(zhong)容易形成积(ji)屑瘤(liu)。当积(ji)屑瘤(liu)处(chu)于稳(wen)定状(zhuang)态(tai)时，可代(dai)替(ti)切(qie)削(xue)刃(ren)进行(xing)切削，起到(dao)保(bao)护刀具的效果；当积屑瘤累积到(dao)一定(ding)程度后(hou)，积(ji)屑(xie)瘤的顶(ding)端会伸出(chu)切(qie)削(xue)刃(ren)之(zhi)外(wai)，刀(dao)具(ju)的(de)实际工(gong)作(zuo)前角(jiao)增(zeng)大(da)，积(ji)屑(xie)瘤的(de)累积和(he)剥(bo)离(li)，直接(jie)影响零件(jian)加工的(de)精(jing)度。积屑(xie)瘤碎(sui)片(pian)粘(zhan)附在钛合金已加(jia)工(gong)表面上后(hou)，形成(cheng)硬点和毛刺，影(ying)响表(biao)面(mian)质量。积(ji)屑瘤无规律(lv)的(de)脱落(luo)和(he)生(sheng)成(cheng)导(dao)致切削力(li)产生(sheng)波(bo)动(dong)，进而(er)引(yin)起(qi)切削振动(dong)，影响刀(dao)具使(shi)用(yong)寿命。为减小或避(bi)免(mian)钛(tai)合(he)金(jin)切(qie)削(xue)过程(cheng)中积(ji)屑瘤的产(chan)生(sheng)，生(sheng)产(chan)实践中常用的(de)方法(fa)有：提高(gao)切(qie)削速度(du)，逐步增加(jia)切削深度至(zhi)最(zui)佳(jia)；采用PVD物(wu)理涂层的刀(dao)片(pian)材料(liao)；采用高压冷却系(xi)统(tong)等(deng)。
在切(qie)削(xue)加工中，由(you)于钛合(he)金的塑(su)性(xing)较(jiao)低，切屑与(yu)前刀面的接触面积小，刀具(ju)磨(mo)损(sun)主(zhu)要发(fa)生在车(che)刀的前刀(dao)面上，因(yin)此(ci)切(qie)削(xue)刀(dao)片(pian)应该选用较小(xiao)前角(jiao)，合适(shi)的前角为0°～5°。小(xiao)前(qian)角(jiao)可(ke)有(you)效(xiao)增大(da)切屑(xie)与(yu)前(qian)刀面的(de)接(jie)触面积(ji)，有(you)利于(yu)分(fen)散集(ji)中在刃(ren)口(kou)附近(jin)的(de)切(qie)削(xue)热；选(xuan)择(ze)5°～10°后(hou)角(jiao)可(ke)以减(jian)少刀具(ju)与(yu)零(ling)件的(de)摩擦。刀片底面和刀杆(gan)之(zhi)间选择V形(xing)接触面(mian)组合，这种强(qiang)固夹(jia)持(chi)结(jie)构(gou)设(she)计(ji)，可有效(xiao)提(ti)高(gao)刀杆(gan)夹(jia)持(chi)的刚(gang)性(xing)，消除(chu)刀(dao)具振(zhen)动(dong)，提(ti)高(gao)钛合金(jin)工件加工(gong)后的(de)表(biao)面质量。
3.3 工装(zhuang)的(de)选择
钛(tai)合金(jin)工件(jian)在定位(wei)装夹(jia)时(shi)，夹(jia)具(ju)压(ya)紧(jin)力(li)与(yu)工(gong)件支承(cheng)力相互(hu)作(zuo)用，在(zai)自(zi)由状态(tai)下会(hui)引(yin)起(qi)应(ying)力(li)变(bian)形(xing)；钛合(he)金切(qie)削时(shi)吃(chi)刀抗力(li)较大(da)，故(gu)工(gong)艺(yi)系(xi)统需(xu)保(bao)证有(you)足够的(de)刚度，需(xu)对(dui)工件的(de)定(ding)位结构及定位(wei)尺(chi)寸进(jin)行分析(xi)，选(xuan)择(ze)稳定可靠的(de)定位(wei)基准，必要(yao)时(shi)增(zeng)加(jia)辅助(zhu)支撑，或通过过(guo)定(ding)位(wei)以提高零件(jian)刚(gang)性。由于钛合(he)金(jin)易变(bian)形(xing)，所(suo)以夹紧(jin)力不能大，必要(yao)时可使用扭(niu)矩(ju)扳(ban)手(shou)，确保压(ya)紧力稳定(ding)。此(ci)外，在(zai)使用夹具(ju)定位装(zhuang)夹(jia)钛(tai)合(he)金零件(jian)时(shi)，还(hai)应保证(zheng)夹(jia)具(ju)的定(ding)位(wei)面与(yu)钛合金工(gong)件(jian)的定位(wei)面配合(he)良(liang)好(hao)，夹具的(de)压(ya)紧(jin)力与工件的(de)支承(cheng)力(li)相互平衡；对于(yu)比(bi)较大的压紧(jin)面，应尽量(liang)采(cai)用(yong)分散压紧(jin)的方(fang)式(shi)，避(bi)免(mian)压(ya)力(li)集中(zhong)导致工件(jian)变形(xing)。夹(jia)具压板的(de)压紧点(dian)应(ying)尽(jin)量靠(kao)近(jin)工(gong)件被(bei)加工(gong)表面，以减(jian)少钛(tai)合(he)金(jin)切(qie)削时产(chan)生(sheng)的(de)振(zhen)动(dong)。
钛合(he)金加工严(yan)禁(jin)使用(yong)含(han)铅、锌(xin)、铜(tong)、锡、镉及低(di)熔(rong)点(dian)金(jin)属(shu)的(de)夹具(ju)、测(ce)具或各种临时(shi)工(gong)装(zhuang)，加工(gong)钛合(he)金的(de)设备、夹具(ju)及工(gong)装应保(bao)持(chi)清(qing)洁(jie)无(wu)污(wu)染，钛合(he)金(jin)工(gong)件加工后应(ying)及时(shi)清洗，钛(tai)合(he)金(jin)表(biao)面(mian)不允许出(chu)现铅(qian)、锌(xin)、铜(tong)、锡(xi)、镉(ge)及低(di)熔点金属等残(can)留物。转移及搬(ban)运钛合金工(gong)件时，应(ying)使(shi)用专(zhuan)用(yong)周(zhou)转箱，避(bi)免(mian)与(yu)其(qi)他(ta)材(cai)料(liao)的(de)工(gong)件(jian)混用(yong)和(he)混放(fang)。对精加(jia)工(gong)后的(de)钛合金表面(mian)进(jin)行检查(cha)及清(qing)洗时，应(ying)戴(dai)上(shang)干净(jing)手(shou)套，防(fang)止油(you)污及(ji)指(zhi)纹污染钛(tai)合金表面(mian)，以(yi)避免发(fa)生盐应(ying)力腐蚀，影响(xiang)钛合(he)金工件(jian)的服(fu)役性能。
3.4 切(qie)削参(can)数(shu)
钛合金(jin)的切削(xue)参(can)数(shu)主要(yao)包(bao)括(kuo)切削速(su)度(du)、进给量和切(qie)削深度，其(qi)中切(qie)削(xue)速度是影(ying)响其(qi)切(qie)削性(xing)能(neng)的主(zhu)要(yao)因素(su)。通过(guo)将(jiang)钛(tai)合(he)金工件恒(heng)转速切削(xue)及(ji)恒(heng)线(xian)速度(du)切(qie)削(xue)进(jin)行对比试(shi)验(yan)，认为恒(heng)转(zhuan)速切削状(zhuang)态要差于恒(heng)线速(su)度(du)切削(xue)。当(dang)钛(tai)合金(jin)的切削(xue)线速度v c=60m/min、进(jin)给量f=0.127mm/r、切削(xue)深(shen)度(du)ap=0.05～0.1mm时(shi)，钛(tai)合金表(biao)面(mian)很(hen)少(shao)发现(xian)硬化(hua)层(ceng)。
由(you)于硬化层主要出(chu)现(xian)在精(jing)加工(gong)后的工(gong)件(jian)表(biao)面上(shang)，所(suo)以(yi)精车(che)时(shi)切(qie)削深度不(bu)宜过大，否(fou)则(ze)会(hui)产生大量(liang)的(de)切削热，切削(xue)热聚集(ji)会导致钛合(he)金表面金相组(zu)织出现变(bian)化(hua)，零件表面易产(chan)生(sheng)硬化(hua)层；切削深(shen)度(du)过(guo)小会(hui)导(dao)致工件表(biao)面(mian)摩(mo)擦(ca)挤压(ya)，出(chu)现(xian)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)。因(yin)此(ci)，钛合(he)金(jin)工(gong)件在(zai)加(jia)工时，精(jing)车(che)的(de)切削(xue)深(shen)度(du)必须(xu)大(da)于刀具(ju)倒(dao)钝的(de)尺(chi)寸(cun)。
钛合金(jin)进(jin)给量选择应适中(zhong)，若进(jin)给(gei)量(liang)过小(xiao)，加工(gong)时刀具(ju)在硬(ying)化层(ceng)中(zhong)切削，则磨(mo)损(sun)较(jiao)快(kuai)。进给(gei)量(liang)可根据不同的(de)刀(dao)具R进(jin)行(xing)选择，精加工(gong)一般(ban)选(xuan)择较小(xiao)的进给量，这(zhe)是(shi)因(yin)为大(da)进(jin)给(gei)量切削会使(shi)刀(dao)具(ju)抗(kang)力(li)增加(jia)，使刀具受(shou)热(re)弯(wan)曲(qu)或(huo)崩(beng)刃。表2为不同类型及(ji)材质(zhi)的刀具切(qie)削钛(tai)合(he)金(jin)时的(de)常用参数(shu)。
3.5 冷(leng)却系(xi)统
钛(tai)合(he)金(jin)切削对切(qie)削液的要(yao)求(qiu)是(shi)雾化程度(du)低。钛(tai)合(he)金加(jia)工(gong)时应选(xuan)择(ze)高压(ya)冷却刀具，配(pei)合(he)机床(chuang)的(de)高(gao)压泵，冷却(que)压(ya)力可达(da)60×105～150×105Pa。采用高压(ya)冷(leng)却(que)刀(dao)具加(jia)工(gong)钛合金，可提(ti)高(gao)切削速(su)度2～3倍，延长刀(dao)具(ju)使(shi)用寿(shou)命(ming)，改善(shan)钛(tai)合(he)金(jin)切屑形(xing)态(tai)。
切(qie)削钛合(he)金工(gong)件(jian)时(shi)浇(jiao)注切(qie)削液，切(qie)削力比干(gan)切钛合金(jin)减小5%～15%，径(jing)向力(li)减小(xiao)10%～15%，切(qie)削(xue)温度降(jiang)低5%～10%，切(qie)削(xue)后(hou)钛(tai)合金表面形(xing)貌较(jiao)好，块状黏结(jie)物较少，有(you)利于(yu)获得较高的表面质量。
目前(qian)使(shi)用的Trim E206化合(he)乳(ru)液(ye)，由(you)8%的(de)原(yuan)液(ye)与(yu)92%的纯(chun)净水混合而(er)成(cheng)，浓度(du)为7%～9%，在(zai)钛(tai)合(he)金材料加(jia)工中能达到较好(hao)的(de)加工效果(guo)，在(zai)车削(xue)、铣削和(he)磨削(xue)加工中均(jun)可(ke)使用(yong)。Trim E206中(zhong)含(han)有特(te)效添加(jia)剂，可(ke)有效控(kong)制(zhi)积屑(xie)瘤的产(chan)生(sheng)。切削(xue)液(ye)中(zhong)添(tian)加(jia)有微小(xiao)乳化分子，提(ti)高了(le)切削(xue)液(ye)的(de)稳(wen)定(ding)性(xing)，降低(di)了加工(gong)过(guo)程中切(qie)削液(ye)的(de)带(dai)走量，切(qie)削(xue)液更(geng)容易进入(ru)工件(jian)切削(xue)部位。除(chu)此(ci)之外(wai)，Trim E206有较(jiao)强的抗油(you)污能(neng)力，切削(xue)液(ye)残留(liu)物易溶于(yu)水(shui)及(ji)工(gong)作(zuo)液(ye)，有利于(yu)维持设(she)备(bei)及加工零(ling)件表面的整(zheng)洁(jie)性(xing)。
4、钛合金(jin)表面完(wan)整性(xing)
4.1 钛合金锻件显微组(zu)织检测
钛合金显(xian)微(wei)组织(zhi)检(jian)测是指对侵(qin)蚀(shi)处(chu)理后的(de)钛(tai)合(he)金(jin)零(ling)件表面(mian)用电(dian)子(zi)显微镜进(jin)行检(jian)测，观(guan)察(cha)钛合(he)金材料具(ju)有的(de)组(zu)织形(xing)貌(mao)特征、分布等(deng)，用(yong)以(yi)检(jian)测(ce)钛(tai)合金的(de)金(jin)相组织(zhi)是否(fou)符合相关(guan)标准及(ji)图(tu)样规范。钛合金锻(duan)件的(de)显(xian)微组(zu)织检测(ce)步骤：锻(duan)件粗(cu)加工(gong)→表面抛(pao)光(guang)→表(biao)面侵蚀→清(qing)洗(xi)→吹干(gan)→显(xian)微(wei)检(jian)测。Ti6Al4V钛(tai)合(he)金的显微检测(ce)如图(tu)2所示(shi)。
锻(duan)件(jian)粗(cu)加工的目(mu)的(de)是(shi)将(jiang)α层完全(quan)去(qu)除(chu)。钛合金(jin)表面(mian)使用粒度(du)400#～800#的氧化(hua)铝(lv)砂纸抛光，表(biao)面(mian)粗糙(cao)度(du)值(zhi)需(xu)达到(dao)Ra=0.025μm或更(geng)高(gao)等级要(yao)求。侵(qin)蚀使(shi)用(yong)Kroll试(shi)剂，按(an)2%HF、4%HNO3及水溶液配(pei)成，将(jiang)适量(liang)的Kroll试剂涂(tu)抹(mo)在(zai)抛光(guang)处理后的钛(tai)合(he)金表(biao)面上(shang)，直(zhi)至获(huo)得所需(xu)要(yao)的(de)清(qing)晰组(zu)织后，在(zai)水(shui)中(zhong)进行清(qing)洗(xi)并(bing)吹干，使用(yong)手(shou)持(chi)式电(dian)子显微镜(jing)对(dui)钛(tai)合金表(biao)面(mian)进(jin)行检测，组(zu)织中应(ying)含有(you)10%～50%的初(chu)生(sheng)α。图3所(suo)示(shi)Ti6Al4V钛合金显微组织形(xing)貌为(wei)合(he)格(ge)的金(jin)相(xiang)组织。
4.2 钛合(he)金(jin)蓝色(se)阳(yang)极化(hua)腐蚀(shi)检(jian)测(ce)
钛(tai)合金加工时，当(dang)刀(dao)片(pian)侧刃(ren)挤(ji)压(ya)磨损(sun)后(hou)，刀(dao)片(pian)抗冲击性能(neng)逐渐降低(di)，导(dao)致钛合(he)金已(yi)加(jia)工(gong)表(biao)面(mian)因(yin)挤压过热(re)而(er)产(chan)生加工(gong)硬(ying)化。通常采用(yong)蓝(lan)色(se)阳(yang)极(ji)化腐(fu)蚀的方法(fa)对硬(ying)化(hua)等(deng)缺陷进行检(jian)测(ce)。钛合金工(gong)件(jian)蓝(lan)色(se)阳(yang)极(ji)化腐蚀(shi)后(hou)的表(biao)面如图4所示。氧(yang)化后的(de)钛合(he)金(jin)工件经(jing)后处(chu)理(li)溶(rong)解后，合(he)格(ge)氧(yang)化膜(mo)的(de)颜色(se)应为(wei)均(jun)匀(yun)的浅蓝色（见(jian)图4a）。出现(xian)加工(gong)硬(ying)化的(de)钛合金(jin)工件在(zai)腐(fu)蚀(shi)检(jian)测后(hou)，工件(jian)表(biao)面呈现(xian)出(chu)深蓝(lan)色（见(jian)图4b）或(huo)局部颜色(se)较(jiao)深(shen)（见(jian)图(tu)4c），且(qie)各部(bu)位的颜色不(bu)均匀(yun)。
蓝色阳(yang)极化(hua)腐蚀(shi)后(hou)，对(dui)于出(chu)现加工硬(ying)化(hua)的(de)零件，可(ke)通(tong)过(guo)调(diao)整加(jia)工钛合(he)金的切(qie)削(xue)刀具材质、涂层(ceng)及(ji)切削(xue)角(jiao)度(du)，优(you)化(hua)走(zou)刀路(lu)径(jing)及(ji)切(qie)削(xue)参(can)数(shu)等(deng)方法，控制并(bing)消除加工(gong)硬化。
4.3 钛合金表面(mian)光饰(shi)加(jia)工
为了去除(chu)钛(tai)合金压气机盘、轮毂、叶轮(lun)、轴(zhou)和(he)转(zhuan)子(zi)隔(ge)圈的表面缺陷(xian)，提(ti)高(gao)零(ling)件的工作寿命，在对钛(tai)合金(jin)工(gong)件完(wan)成(cheng)所(suo)有的机械加(jia)工(gong)工序后，可(ke)采用手动(dong)蝶式光饰的(de)方法，对工件表(biao)面进行光饰加工。蝶式(shi)光(guang)饰(shi)需使(shi)用(yong)图5所示光(guang)饰(shi)加工(gong)工具(ju)：旋转气(qi)枪（转(zhuan)速18000r/min）、抛光杆(gan)、氧化(hua)铝或碳化硅(gui)砂(sha)布(bu)（规格(ge)10mm×20mm、粒(li)度120#）。
钛合金工件内槽(cao)光饰加工(gong)如(ru)图6所(suo)示。为达到(dao)较好的光饰效果(guo)，可(ke)使(shi)用(yong)以下(xia)方(fang)法(fa)。
1）用(yong)氧(yang)化铝(lv)砂布沿其长度方向(xiang)折(zhe)叠(die)，牢(lao)固(gu)地(di)插(cha)入(ru)抛(pao)光(guang)杆前(qian)端(duan)夹(jia)持槽内(nei)，并按照与(yu)旋杆(gan)旋(xuan)转(zhuan)方向相反(fan)的方(fang)向(xiang)拧(ning)紧(jin)，每光饰一(yi)处(chu)工件(jian)表面(mian)后换(huan)一(yi)次新砂布(bu)（见(jian)图6a）。
2）旋转的砂(sha)布(bu)应(ying)在(zai)钛(tai)合金表(biao)面往复运(yun)动一个(ge)或(huo)两个(ge)周期，每(mei)个周(zhou)期运(yun)动(dong)10～30s，往复运(yun)动速(su)度约(yue)为(wei)1.57mm/s（见(jian)图(tu)6b）。
3）当(dang)对(dui)钛(tai)合金(jin)工(gong)件不同的(de)表面(mian)进行光(guang)饰时(shi)，应(ying)在周期(qi)间更换(huan)砂(sha)布。使用(yong)手(shou)动光饰(shi)时，应使(shi)用适(shi)当(dang)的止(zhi)动扳(ban)手(shou)或机械(xie)深(shen)度止(zhi)动(dong)装(zhuang)置，来控(kong)制(zhi)旋(xuan)转(zhuan)砂布的穿(chuan)过(guo)。
5、 结(jie)束语
钛合金属(shu)于典型(xing)的(de)难(nan)加(jia)工(gong)材料(liao)，加工时由于切(qie)削抗力(li)大(da)、切削(xue)温度高(gao)且(qie)刀具(ju)磨损严重(zhong)，所(suo)以选(xuan)择合(he)理的(de)刀(dao)具材(cai)料(liao)及刀片角度是钛合(he)金加(jia)工面(mian)临(lin)的(de)首要问(wen)题(ti)。含(han)Ti硬质(zhi)合金(jin)刀(dao)具抗扩散(san)磨(mo)损性能(neng)较好，切(qie)削(xue)时刀具表面(mian)形(xing)成稳(wen)定的(de)钛(tai)合金(jin)黏结(jie)层(ceng)，可(ke)以起(qi)到抑制(zhi)磨(mo)损的作用。随(sui)着(zhe)国产(chan)刀(dao)具的(de)发展(zhan)，钛(tai)合(he)金(jin)的加(jia)工(gong)效率逐渐提(ti)高(gao)，节约(yue)了(le)加工成本，对(dui)实现(xian)发(fa)动机(ji)整(zheng)体(ti)国产(chan)化(hua)起(qi)到(dao)了积(ji)极(ji)作用(yong)。在生产(chan)实践(jian)中，钛(tai)合金加(jia)工(gong)应(ying)基(ji)于企(qi)业现(xian)有(you)技(ji)术(shu)、设(she)备、管理(li)和成本等(deng)条件(jian)，选择合(he)理的(de)定位(wei)工(gong)装(zhuang)，利用(yong)企(qi)业(ye)信息(xi)化数(shu)据平台优(you)选切(qie)削(xue)参(can)数，逐渐(jian)摒(bing)弃(qi)只凭(ping)经验(yan)、类比(bi)选择参(can)数的粗放(fang)型(xing)加(jia)工(gong)理(li)念(nian)。
通(tong)过对钛(tai)合金(jin)锻(duan)件进(jin)行(xing)显微组织检(jian)测(ce)，对粗加工后(hou)钛合金的(de)金相组织(zhi)进(jin)行(xing)了(le)对(dui)比(bi)评(ping)定；光饰加(jia)工可有(you)效去除钛合金表面的(de)加工及(ji)材料缺(que)陷(xian)，提(ti)高工件(jian)使(shi)用(yong)寿(shou)命(ming)；蓝(lan)色阳(yang)极化腐(fu)蚀(shi)检(jian)测可以(yi)有效识(shi)别(bie)钛合金(jin)在(zai)加工(gong)过(guo)程中出现(xian)的(de)加工(gong)硬(ying)化(hua)等(deng)缺陷；有效(xiao)控制(zhi)钛合(he)金(jin)加(jia)工(gong)表面(mian)完(wan)整性(xing)，对稳(wen)定(ding)钛合(he)金加(jia)工(gong)质(zhi)量(liang)，提(ti)高(gao)钛(tai)合(he)金(jin)工(gong)件(jian)使(shi)用寿(shou)命(ming)有重要意(yi)义。
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相(xiang)关(guan)链(lian)接
