1、序(xu)言(yan)
近(jin)年(nian)来，航空(kong)制(zhi)造业(ye)对(dui)钛(tai)合(he)金(jin)的需(xu)求(qiu)大(da)幅(fu)提升，大型飞(fei)机(ji)中(zhong)钛合(he)金的使(shi)用范围非(fei)常(chang)广(guang)泛(fan)。作为飞机(ji)及(ji)发(fa)动机(ji)的优(you)良制造(zao)材料，钛合(he)金锻件具有(you)结(jie)构(gou)强度(du)高(gao)、质量轻及(ji)耐(nai)蚀性(xing)良好等特(te)点(dian)。钛合(he)金材料的切削(xue)性能决(jue)定(ding)了(le)其加工(gong)后(hou)工(gong)件表面完整(zheng)性较(jiao)差(cha)。下(xia)面从(cong)钛(tai)合(he)金(jin)的加(jia)工特性(xing)、加工(gong)刀(dao)具、工(gong)装选用和切削(xue)参数等(deng)方(fang)面，介(jie)绍(shao)航(hang)空(kong)钛合金的(de)加工(gong)方法及表面完(wan)整(zheng)性(xing)控制技(ji)术(shu)。
2、钛合(he)金的(de)特(te)点(dian)及(ji)应(ying)用(yong)
在(zai)航(hang)空工(gong)业领(ling)域，钛锻(duan)件(jian)主要(yao)用(yong)于(yu)制(zhi)造(zao)发动(dong)机(ji)压(ya)气机(ji)盘、中空(kong)风(feng)扇(shan)叶(ye)片、涡(wo)轮(lun)盘和机(ji)匣壳体(ti)等零(ling)部件(jian)，以(yi)及大(da)飞(fei)机(ji)起落架、外(wai)翼(yi)段(duan)、机(ji)身(shen)外壳、舱(cang)门(men)、液(ye)压系(xi)统(tong)和机身(shen)后(hou)段(duan)等(deng)结构(gou)件(jian)。目(mu)前(qian)，钛合金(jin)在(zai)航(hang)空工(gong)业(ye)中(zhong)的使用(yong)比(bi)例(li)已由(you)6%提(ti)高至(zhi)15%以上。
波(bo)音777使(shi)用(yong)了(le)7%～9%的钛(tai)合(he)金(jin)零件；为达(da)到降(jiang)低(di)燃油消(xiao)耗20%的目标，波音787在研(yan)发(fa)过(guo)程(cheng)中(zhong)投入(ru)约20亿(yi)元，专项(xiang)研(yan)究钛(tai)合(he)金在飞(fei)机某(mou)些(xie)部(bu)位(wei)替代(dai)铝合(he)金，使波(bo)音(yin)787机体(ti)钛(tai)合金用(yong)量达15%；国(guo)内(nei)大飞(fei)机项目(mu)中(zhong)，钛(tai)合(he)金的(de)用量已(yi)从支(zhi)线客(ke)机ARJ21的(de)4.8%，逐步(bu)增长到干(gan)线客机C919的9%以(yi)上(shang)。
航(hang)空(kong)领域(yu)结构(gou)轻量化(hua)、高强度等(deng)需求，使(shi)其(qi)越来(lai)越(yue)离(li)不开(kai)钛(tai)合金。根据强(qiang)度(du)和耐高(gao)温(wen)性(xing)能(neng)，钛(tai)合金(jin)可分(fen)为α钛合(he)金(jin)、β钛合金、α+β钛(tai)合(he)金和(he)钛铝合金，其(qi)中以(yi)α+β钛(tai)合(he)金(jin)（Ti6Al4V）应(ying)用(yong)最(zui)为广(guang)泛(fan)。α钛合金热焊接(jie)性能好，抗(kang)氧化性强(qiang)，但(dan)韧性一(yi)般；β钛(tai)合金可(ke)锻性(xing)较(jiao)好(hao)，冷(leng)成(cheng)形性及(ji)热(re)处(chu)理(li)强化性(xing)强(qiang)；α+β钛(tai)合金(jin)韧性(xing)好(hao)，可焊(han)接及热(re)处(chu)理(li)强化，抗疲(pi)劳(lao)性能(neng)较好(hao)。
Ti6Al4V的材(cai)料(liao)成(cheng)分主要包(bao)括(kuo)Ti、Al、V、Fe、O、C、Si、Cu及(ji)少量的N、H、B和(he)Y。钛(tai)合金综(zong)合力学(xue)性能(neng)优异(yi)，密(mi)度(du)低，耐(nai)腐(fu)蚀性能(neng)良(liang)好(hao)，作为一种(zhong)高(gao)强度(du)合金材料，在(zai)航空(kong)发(fa)动(dong)机及航空工业(ye)领(ling)域一(yi)直被(bei)推广使用(yong)。但是，钛(tai)合(he)金切削过(guo)程(cheng)中的(de)高温(wen)、高(gao)抗力(li)，使其(qi)加工后(hou)表面冷作硬(ying)化(hua)现(xian)象严重，加(jia)剧(ju)了(le)刀具的(de)磨(mo)损(sun)，导致其切(qie)削性(xing)较差(cha)，这(zhe)些都不(bu)利于获得好(hao)的(de)表面质(zhi)量，影(ying)响钛(tai)合金(jin)零(ling)件的(de)使用寿(shou)命(ming)及发(fa)动(dong)机工(gong)作性(xing)能。下面以(yi)Ti6Al4V为研(yan)究(jiu)对象(xiang)，结(jie)合(he)生产实(shi)践(jian)中(zhong)积(ji)累(lei)的经验(yan)方(fang)法(fa)，对(dui)钛合(he)金零(ling)件的切(qie)削性能(neng)、加(jia)工方法及(ji)表(biao)面检(jian)测技(ji)术(shu)进行介(jie)绍(shao)。
3、钛(tai)合金(jin)加工(gong)方法
3.1 刀具的选(xuan)择(ze)
加工钛(tai)合(he)金的(de)刀(dao)具(ju)材(cai)料(liao)应具(ju)有(you)韧(ren)性好、热(re)硬(ying)性好、散(san)热(re)性(xing)及耐(nai)磨性(xing)好(hao)等(deng)特点，除此(ci)之外，刀具还应满足(zu)刃(ren)口(kou)锋(feng)利(li)、表(biao)面光洁等(deng)要求(qiu)。加(jia)工(gong)钛合金(jin)材料(liao)时，首选(xuan)导热(re)性(xing)较(jiao)好(hao)、强度较高的硬质合(he)金(jin)刀(dao)具(ju)，且前角(jiao)较小(xiao)、后(hou)角(jiao)较大(da)。为(wei)避(bi)免(mian)刀(dao)尖崩(beng)刃及(ji)裂(lie)碎(sui)，刀尖刃(ren)部(bu)应(ying)做圆(yuan)弧(hu)过渡(du)处理；加工(gong)时(shi)应(ying)保(bao)持(chi)刃口(kou)锋(feng)利(li)，有(you)利于(yu)及时排屑(xie)，避(bi)免切(qie)屑粘刀。
加(jia)工(gong)钛(tai)合金(jin)时(shi)，为防(fang)止(zhi)刀具本(ben)体及涂层(ceng)与(yu)钛合(he)金产生(sheng)亲和(he)反(fan)应，使(shi)刀(dao)具磨损(sun)加剧，通常(chang)避免选择(ze)含钛类硬质合(he)金及(ji)含(han)钛涂(tu)层刀具。多(duo)年(nian)的(de)生(sheng)产(chan)实(shi)践(jian)发(fa)现，含钛类硬质合金(jin)刀(dao)具虽(sui)然容易发生黏结、磨损(sun)，但(dan)其具(ju)有优异(yi)的(de)抗(kang)扩(kuo)散(san)磨损(sun)能力，尤其(qi)是高速切(qie)削时，含(han)钛类(lei)硬质(zhi)合(he)金(jin)刀(dao)具(ju)的抗扩散(san)磨损能力(li)明显(xian)优于YG类(lei)硬(ying)质合金(jin)刀(dao)具(ju)。
世(shi)界各大刀(dao)具(ju)厂(chang)商(shang)均(jun)推(tui)出了针对钛(tai)合金(jin)零(ling)件(jian)加(jia)工的(de)切(qie)削(xue)刀片。刀具材质(zhi)及涂(tu)层材(cai)料(liao)的(de)不断改(gai)良，提高(gao)了(le)钛合(he)金(jin)材(cai)料的切(qie)削(xue)效(xiao)率(lv)，推动了钛(tai)合金工业(ye)的发(fa)展(zhan)。伊斯卡（ISCAR）公(gong)司(si)的(de)IC20刀片切(qie)削钛合(he)金(jin)，刀(dao)具(ju)刃(ren)口锋利，适合(he)钛(tai)合金(jin)工件(jian)的(de)精(jing)加(jia)工。
其(qi)IC907刀(dao)片(pian)有效(xiao)提(ti)高了刀片(pian)的(de)耐(nai)磨(mo)性(xing)，适合(he)应用于粗(cu)加(jia)工及半精加工(gong)中；山(shan)高(gao)（SECO）公(gong)司用(yong)于(yu)加(jia)工(gong)钛合(he)金的(de)CP200及CP500，采用(yong)物(wu)理(li)气(qi)相沉积(ji)技术(shu)，是一(yi)种高硬(ying)度超细(xi)颗粒的(de)刀片材质(zhi)；瓦(wa)尔特(te)（Walter）公(gong)司的WSM30、WSM20及(ji)WAM20，采用(yong)TiCN、TiAlN、TiN与(yu)Al 2 O 3 涂层，刀具(ju)的抗变(bian)形(xing)、抗(kang)磨(mo)损能(neng)力较强(qiang)。常用(yong)的(de)钛合(he)金加(jia)工刀(dao)具(ju)及涂(tu) 层见表(biao)1。
据统计，航空(kong)制造领域大部分需使用(yong)进(jin)口(kou)刀具(ju)，而钛(tai)合(he)金等(deng)难加工材(cai)料对(dui)于(yu)进(jin)口刀(dao)具(ju)的依(yi)赖程(cheng)度更(geng)高(gao)。因(yin)此(ci)，推动(dong)国(guo)产刀具(ju)及涂层(ceng)材(cai)料的(de)研发(fa)及应用，是彻底(di)解(jie)决(jue)国(guo)内(nei)钛合金(jin)加工问题(ti)的有(you)效途径。
3.2 刀具(ju)的磨(mo)损及解(jie)决(jue)办(ban)法(fa)
钛(tai)合(he)金(jin)材料(liao)切(qie)削时(shi)，在切(qie)削(xue)速度较(jiao)高、吃刀量(liang)较(jiao)大的(de)情况下(xia)，刀具(ju)前(qian)刀(dao)面(mian)切(qie)削温度最(zui)高处会磨出(chu)一(yi)个月(yue)牙(ya)洼，刀(dao)片(pian)的切削刃(ren)与月牙之间(jian)有(you)明(ming)显(xian)的(de)棱边。月(yue)牙(ya)洼的(de)宽度(du)及(ji)深(shen)度随着(zhe)切削(xue)磨损(sun)的加重逐(zhu)渐扩(kuo)展，使(shi)切削(xue)刃(ren)的(de)刚(gang)性(xing)降(jiang)低，继续使(shi)用刀(dao)具(ju)会出现崩(beng)刃(ren)现象(xiang)。刀片(pian)磨(mo)损的电(dian)子(zi)显微(wei)图(tu)像如(ru)图1所(suo)示。
钛(tai)合(he)金(jin)材(cai)料(liao)加工时，刀片与(yu)工件(jian)剧(ju)烈(lie)摩擦(ca)，刀片后刀面与切削(xue)刃交界(jie)的部位磨(mo)出(chu)后(hou)角(jiao)为(wei)零(ling)的小(xiao)棱(leng)面，形成后(hou)刀(dao)面(mian)磨损。除此之外，由于钛合金(jin)的加(jia)工硬(ying)化(hua)，副(fu)切(qie)削(xue)刃的(de)刀(dao)尖(jian)部(bu)位切削(xue)厚度逐渐(jian)减(jian)小(xiao)，导致(zhi)切削刃打滑(hua)，后(hou)刀面也(ye)会出(chu)现(xian)较(jiao)大磨(mo)损(sun)。
刀片磨损后，可通过观(guan)察(cha)切(qie)屑(xie)形态(tai)、颜(yan)色(se)，机(ji)床的受力(li)、声(sheng)音和振动等，调(diao)整切(qie)削(xue)线(xian)速度及进给量(liang)，控(kong)制刀片前刀(dao)面异常磨(mo)损。采用正前(qian)角槽(cao)型刀(dao)片，选(xuan)用(yong)耐磨的(de)刀片材料(liao)或(huo)涂层(ceng)，提高刀(dao)具(ju)寿(shou)命(ming)。
钛合(he)金加(jia)工过(guo)程(cheng)中容易(yi)形成(cheng)积屑瘤(liu)。当积(ji)屑(xie)瘤(liu)处(chu)于(yu)稳(wen)定(ding)状(zhuang)态时(shi)，可(ke)代(dai)替(ti)切(qie)削(xue)刃(ren)进行切(qie)削(xue)，起到保护(hu)刀具(ju)的效(xiao)果；当(dang)积(ji)屑瘤累(lei)积到一(yi)定(ding)程度后(hou)，积(ji)屑瘤的顶(ding)端(duan)会伸(shen)出(chu)切(qie)削(xue)刃(ren)之外，刀(dao)具(ju)的实(shi)际工作(zuo)前(qian)角(jiao)增大，积(ji)屑(xie)瘤(liu)的(de)累积和剥(bo)离(li)，直(zhi)接(jie)影响零(ling)件加工的精(jing)度(du)。积屑瘤碎片(pian)粘(zhan)附(fu)在(zai)钛(tai)合(he)金已加工(gong)表(biao)面上后，形(xing)成硬(ying)点和毛刺(ci)，影(ying)响表(biao)面质(zhi)量。积屑瘤(liu)无(wu)规律(lv)的脱(tuo)落(luo)和(he)生成(cheng)导致(zhi)切(qie)削力产(chan)生波(bo)动，进(jin)而(er)引(yin)起切(qie)削(xue)振(zhen)动，影响(xiang)刀(dao)具(ju)使(shi)用(yong)寿命。为(wei)减小或避(bi)免钛(tai)合(he)金(jin)切(qie)削过程中积(ji)屑瘤的(de)产生(sheng)，生(sheng)产实践中常(chang)用(yong)的(de)方(fang)法有(you)：提高(gao)切(qie)削速(su)度，逐(zhu)步(bu)增(zeng)加(jia)切削(xue)深(shen)度至最佳；采(cai)用(yong)PVD物(wu)理(li)涂层的刀(dao)片材料；采(cai)用高压(ya)冷却(que)系(xi)统(tong)等。
在(zai)切削(xue)加工(gong)中(zhong)，由(you)于钛合金(jin)的(de)塑(su)性(xing)较(jiao)低，切(qie)屑(xie)与前刀(dao)面的接触面(mian)积(ji)小(xiao)，刀(dao)具磨损(sun)主要发生(sheng)在(zai)车刀(dao)的(de)前(qian)刀(dao)面上，因此(ci)切(qie)削(xue)刀片(pian)应(ying)该(gai)选(xuan)用(yong)较(jiao)小前角(jiao)，合适的前(qian)角(jiao)为0°～5°。小(xiao)前(qian)角可(ke)有效增大(da)切(qie)屑(xie)与前(qian)刀面(mian)的接触面积(ji)，有利(li)于(yu)分散集中在(zai)刃(ren)口附近的切(qie)削热(re)；选(xuan)择(ze)5°～10°后(hou)角可以减少(shao)刀(dao)具与零(ling)件(jian)的(de)摩擦。刀(dao)片底(di)面(mian)和(he)刀(dao)杆(gan)之(zhi)间选择V形接(jie)触面(mian)组合(he)，这(zhe)种(zhong)强(qiang)固夹持(chi)结构设计，可有(you)效(xiao)提高(gao)刀(dao)杆夹(jia)持(chi)的刚(gang)性(xing)，消除刀具(ju)振动(dong)，提(ti)高钛合金(jin)工件(jian)加(jia)工后(hou)的(de)表(biao)面质量(liang)。
3.3 工(gong)装(zhuang)的选择(ze)
钛(tai)合(he)金工件在定位装夹(jia)时(shi)，夹(jia)具(ju)压紧(jin)力与(yu)工件支承力相(xiang)互作(zuo)用，在自(zi)由(you)状态(tai)下(xia)会(hui)引(yin)起应(ying)力(li)变形(xing)；钛(tai)合金(jin)切削时吃刀抗(kang)力(li)较大，故工艺系统需(xu)保(bao)证(zheng)有足(zu)够(gou)的刚度(du)，需对工件的(de)定(ding)位结构(gou)及定位尺寸(cun)进行分析(xi)，选(xuan)择(ze)稳定可靠(kao)的定(ding)位(wei)基准，必(bi)要(yao)时增加辅(fu)助(zhu)支(zhi)撑，或通(tong)过过(guo)定位(wei)以(yi)提高(gao)零(ling)件刚(gang)性。由(you)于钛合金(jin)易变(bian)形(xing)，所以(yi)夹(jia)紧力不能大(da)，必要(yao)时(shi)可(ke)使(shi)用扭矩扳手(shou)，确(que)保压(ya)紧(jin)力稳定。此(ci)外，在使用夹(jia)具定位(wei)装(zhuang)夹钛(tai)合(he)金零件时(shi)，还应保(bao)证夹具的(de)定位(wei)面(mian)与钛合(he)金(jin)工件的定(ding)位面配合良(liang)好，夹(jia)具(ju)的压紧(jin)力(li)与工(gong)件(jian)的(de)支(zhi)承力相互(hu)平(ping)衡；对于(yu)比(bi)较(jiao)大的(de)压(ya)紧面(mian)，应尽量采(cai)用(yong)分散压(ya)紧(jin)的方(fang)式，避(bi)免(mian)压力(li)集中导(dao)致(zhi)工(gong)件变(bian)形。夹(jia)具(ju)压板(ban)的(de)压紧点(dian)应(ying)尽量(liang)靠(kao)近(jin)工(gong)件(jian)被(bei)加工表面(mian)，以减(jian)少(shao)钛合(he)金切削时(shi)产(chan)生(sheng)的振(zhen)动(dong)。
钛合金加(jia)工(gong)严(yan)禁使用(yong)含(han)铅、锌、铜(tong)、锡(xi)、镉(ge)及低熔点金(jin)属的夹具(ju)、测具(ju)或(huo)各种(zhong)临时工(gong)装，加工钛合(he)金的设(she)备(bei)、夹(jia)具(ju)及工(gong)装(zhuang)应(ying)保持清洁无污染(ran)，钛(tai)合金工(gong)件加(jia)工后(hou)应(ying)及时清洗，钛合(he)金(jin)表面(mian)不允许(xu)出现铅、锌(xin)、铜(tong)、锡、镉(ge)及低(di)熔(rong)点金(jin)属等残(can)留物(wu)。转移及搬运(yun)钛合金工件时，应使用专用(yong)周转箱(xiang)，避免(mian)与(yu)其(qi)他(ta)材(cai)料(liao)的(de)工件混用和(he)混放。对精加工(gong)后的钛合金表面(mian)进行检(jian)查及(ji)清洗(xi)时(shi)，应戴上干(gan)净手(shou)套(tao)，防(fang)止油污(wu)及指(zhi)纹污染钛(tai)合(he)金表面(mian)，以(yi)避免发生盐(yan)应(ying)力(li)腐蚀(shi)，影响钛(tai)合金工(gong)件(jian)的服役性(xing)能(neng)。
3.4 切(qie)削(xue)参数
钛合(he)金(jin)的(de)切(qie)削(xue)参(can)数(shu)主(zhu)要(yao)包括(kuo)切(qie)削(xue)速度、进给量和切(qie)削(xue)深度(du)，其(qi)中(zhong)切削(xue)速度(du)是(shi)影(ying)响(xiang)其(qi)切(qie)削(xue)性能的主(zhu)要因(yin)素。通过将钛(tai)合(he)金(jin)工(gong)件恒转速(su)切削及(ji)恒线速度切(qie)削(xue)进行(xing)对(dui)比试验(yan)，认为(wei)恒(heng)转速(su)切削(xue)状(zhuang)态(tai)要(yao)差于(yu)恒(heng)线速度切(qie)削。当钛(tai)合金(jin)的切削(xue)线(xian)速度(du)v c =60m/min、进给(gei)量(liang)f=0.127mm/r、切削深度(du)a p =0.05～0.1mm时，钛(tai)合(he)金表(biao)面(mian)很(hen)少(shao)发现(xian)硬化(hua)层(ceng)。
由于硬化层(ceng)主(zhu)要(yao)出(chu)现(xian)在(zai)精加(jia)工后(hou)的工(gong)件表面上(shang)，所以精车时(shi)切削(xue)深(shen)度不宜(yi)过大，否(fou)则会产(chan)生(sheng)大量(liang)的(de)切(qie)削热，切(qie)削(xue)热聚集会导(dao)致钛合(he)金(jin)表面(mian)金相(xiang)组织出(chu)现(xian)变化(hua)，零件表面易(yi)产(chan)生(sheng)硬(ying)化层(ceng)；切(qie)削深(shen)度(du)过(guo)小会导(dao)致工(gong)件(jian)表面(mian)摩擦挤(ji)压，出现加(jia)工(gong)硬化。因(yin)此，钛合金工(gong)件(jian)在加(jia)工(gong)时(shi)，精(jing)车的切(qie)削深(shen)度(du)必须(xu)大于刀具(ju)倒(dao)钝的(de)尺寸(cun)。
钛合金进给量选择应(ying)适中，若(ruo)进给量(liang)过(guo)小，加工时(shi)刀(dao)具在(zai)硬化层中切(qie)削(xue)，则磨(mo)损较(jiao)快。进(jin)给(gei)量(liang)可根据(ju)不(bu)同的(de)刀具(ju)R进(jin)行(xing)选(xuan)择，精(jing)加工一般(ban)选(xuan)择较小(xiao)的进给量，这是(shi)因(yin)为大(da)进(jin)给(gei)量切削会(hui)使(shi)刀具(ju)抗(kang)力增加，使刀具受热(re)弯曲(qu)或(huo)崩刃(ren)。
3.5 冷(leng)却(que)系(xi)统
钛(tai)合金切削(xue)对(dui)切削液的要(yao)求(qiu)是雾(wu)化程(cheng)度(du)低。钛合金加工(gong)时(shi)应(ying)选(xuan)择(ze)高压(ya)冷(leng)却刀(dao)具，配(pei)合(he)机床的高(gao)压泵(beng)，冷却压力可(ke)达60×10 5 ～150×10 5 Pa。采用高压冷(leng)却(que)刀(dao)具(ju)加工钛(tai)合(he)金(jin)，可(ke)提(ti)高切(qie)削速(su)度(du)2～3倍，延长刀具(ju)使用寿(shou)命(ming)，改(gai)善钛合金(jin)切屑(xie)形(xing)态。
切削(xue)钛(tai)合金(jin)工件(jian)时浇注(zhu)切(qie)削液，切(qie)削(xue)力(li)比(bi)干切钛(tai)合金减小5%～15%，径(jing)向力(li)减小10%～15%，切(qie)削(xue)温度降低5%～10%，切削后(hou)钛合金(jin)表(biao)面(mian)形貌(mao)较(jiao)好，块(kuai)状(zhuang)黏(nian)结(jie)物较(jiao)少(shao)，有利(li)于(yu)获得较高的(de)表面(mian)质(zhi)量(liang)。
目前(qian)使用的Trim E206化(hua)合乳液，由(you)8%的原液与92%的纯(chun)净(jing)水(shui)混合(he)而成，浓(nong)度(du)为(wei)7%～9%，在(zai)钛(tai)合金(jin)材(cai)料(liao)加(jia)工(gong)中(zhong)能达(da)到(dao)较(jiao)好的加工效(xiao)果，在(zai)车(che)削(xue)、铣削(xue)和(he)磨(mo)削加(jia)工(gong)中(zhong)均(jun)可(ke)使(shi)用。Trim E206中含(han)有(you)特效添加剂，可(ke)有效控制积屑瘤(liu)的(de)产生。切(qie)削液中(zhong)添(tian)加有微(wei)小乳化分子，提(ti)高了(le)切削液的稳(wen)定性(xing)，降低了加(jia)工(gong)过程中(zhong)切削液的带(dai)走(zou)量，切削(xue)液(ye)更容易(yi)进入工件切(qie)削部(bu)位(wei)。除(chu)此之外，Trim E206有较强(qiang)的(de)抗油(you)污(wu)能(neng)力，切削(xue)液残留(liu)物(wu)易溶于(yu)水(shui)及工作液，有利(li)于(yu)维(wei)持设(she)备(bei)及(ji)加(jia)工(gong)零件(jian)表(biao)面的整(zheng)洁性(xing)。
4、钛合金(jin)表(biao)面完(wan)整(zheng)性
4.1 钛(tai)合金(jin)锻件显(xian)微组织(zhi)检(jian)测(ce)
钛合金(jin)显微(wei)组(zu)织检测是(shi)指(zhi)对(dui)侵蚀处理后(hou)的(de)钛合(he)金零(ling)件(jian)表(biao)面用电(dian)子(zi)显微镜(jing)进行检测(ce)，观察(cha)钛合(he)金材料(liao)具(ju)有(you)的组织(zhi)形貌(mao)特(te)征(zheng)、分(fen)布等(deng)，用(yong)以(yi)检测(ce)钛(tai)合金(jin)的(de)金(jin)相(xiang)组织是(shi)否(fou)符合(he)相(xiang)关(guan)标(biao)准及(ji)图样规范(fan)。钛合(he)金(jin)锻(duan)件的(de)显(xian)微(wei)组织检(jian)测步(bu)骤(zhou)：锻件粗加工(gong)→表面(mian)抛(pao)光(guang)→表面(mian)侵蚀(shi)→清(qing)洗→吹干(gan)→显微检(jian)测。Ti6Al4V钛(tai)合(he)金的显(xian)微检(jian)测如图2所示(shi)。
锻(duan)件(jian)粗加(jia)工(gong)的目的是(shi)将α层完全(quan)去(qu)除。钛合(he)金(jin)表(biao)面(mian)使(shi)用(yong)粒(li)度(du)400 # ～800 # 的氧(yang)化(hua)铝砂纸(zhi)抛光(guang)，表(biao)面粗糙(cao)度值需(xu)达到Ra=0.025μm或更高等(deng)级(ji)要(yao)求。侵(qin)蚀使用(yong)Kroll试剂，按(an)%HF、4%HNO3 及水溶(rong)液配(pei)成(cheng)，将(jiang)适量的Kroll试剂(ji)涂(tu)抹在(zai)抛(pao)光处理后(hou)的(de)钛(tai)合(he)金(jin)表面上，直(zhi)至获(huo)得(de)所(suo)需(xu)要(yao)的清晰(xi)组织后(hou)，在水(shui)中进行(xing)清洗并吹干，使(shi)用手(shou)持(chi)式(shi)电子(zi)显(xian)微(wei)镜对钛(tai)合(he)金(jin)表(biao)面进行检测，组(zu)织中应含(han)有10%～50%的初(chu)生(sheng)α。
图(tu)3所示(shi)Ti6Al4V钛合金显微(wei)组(zu)织形(xing)貌为(wei)合(he)格的金相组(zu)织(zhi)。
4.2 钛合金蓝色(se)阳(yang)极化腐(fu)蚀检(jian)测
钛合金加(jia)工(gong)时(shi)，当(dang)刀(dao)片(pian)侧刃挤压(ya)磨(mo)损后(hou)，刀片抗(kang)冲击(ji)性(xing)能(neng)逐渐(jian)降低(di)，导(dao)致钛(tai)合(he)金(jin)已(yi)加工表(biao)面(mian)因挤压(ya)过(guo)热而(er)产(chan)生加工(gong)硬化。通(tong)常(chang)采(cai)用蓝色(se)阳极(ji)化腐蚀的(de)方法(fa)对硬(ying)化(hua)等缺陷进行检测(ce)。钛合(he)金工件(jian)蓝色(se)阳极(ji)化(hua)腐(fu)蚀后(hou)的表面(mian)如图(tu)4所(suo)示(shi)。氧(yang)化后的钛(tai)合(he)金(jin)工(gong)件(jian)经(jing)后处理(li)溶(rong)解后，合(he)格(ge)氧(yang)化(hua)膜的(de)颜(yan)色应为(wei)均(jun)匀的(de)浅(qian)蓝色（见图(tu)4a）。出(chu)现加工硬(ying)化的钛(tai)合(he)金(jin)工(gong)件(jian)在腐蚀(shi)检(jian)测(ce)后(hou)，工件表(biao)面(mian)呈现出(chu)深蓝(lan)色(se)（见(jian)图4b）或局部颜色(se)较深（见图(tu)4c），且各部(bu)位的颜(yan)色(se)不(bu)均匀。
蓝(lan)色(se)阳(yang)极(ji)化(hua)腐(fu)蚀(shi)后，对于(yu)出现(xian)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)的(de)零件(jian)，可(ke)通(tong)过调(diao)整加(jia)工钛(tai)合金的切(qie)削(xue)刀具(ju)材质(zhi)、涂层及(ji)切(qie)削角(jiao)度(du)，优化走刀(dao)路径(jing)及(ji)切削参(can)数(shu)等(deng)方(fang)法(fa)，控制(zhi)并消除(chu)加工硬(ying)化。
4.3 钛(tai)合(he)金(jin)表(biao)面(mian)光饰加工(gong)
为(wei)了去(qu)除(chu)钛合(he)金(jin)压气(qi)机(ji)盘、轮毂、叶轮、轴(zhou)和转(zhuan)子(zi)隔圈(quan)的表面缺(que)陷(xian)，提(ti)高(gao)零(ling)件的(de)工(gong)作寿命，在(zai)对(dui)钛(tai)合金(jin)工件(jian)完成所(suo)有(you)的(de)机械(xie)加(jia)工工序(xu)后(hou)，可采用(yong)手(shou)动蝶(die)式(shi)光(guang)饰(shi)的方(fang)法(fa)，对工件(jian)表(biao)面进行(xing)光饰(shi)加工。蝶(die)式(shi)光(guang)饰需使用图5所(suo)示光(guang)饰加工工(gong)具：旋转(zhuan)气(qi)枪(qiang)（转(zhuan)速(su)18000r/min）、抛(pao)光(guang)杆、氧(yang)化(hua)铝(lv)或(huo)碳化(hua)硅(gui)砂布（规(gui)格(ge)10mm×20mm、粒度(du)120 # ）。
钛(tai)合金工件内槽(cao)光(guang)饰(shi)加(jia)工(gong)如图6所(suo)示。为(wei)达到较好的(de)光(guang)饰(shi)效(xiao)果，可(ke)使(shi)用以下(xia)方(fang)法。
1）用氧(yang)化(hua)铝砂(sha)布沿其(qi)长度(du)方(fang)向折叠(die)，牢(lao)固(gu)地(di)插(cha)入(ru)抛光杆(gan)前(qian)端夹持槽内，并按(an)照(zhao)与旋杆(gan)旋转(zhuan)方(fang)向(xiang)相(xiang)反的方向(xiang)拧(ning)紧(jin)，每(mei)光(guang)饰一处(chu)工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)后换一(yi)次新(xin)砂布(bu)（见(jian)图6a）。
2）旋(xuan)转的砂(sha)布应在(zai)钛(tai)合金(jin)表面(mian)往(wang)复运(yun)动(dong)一(yi)个(ge)或两(liang)个(ge)周期，每个(ge)周期(qi)运(yun)动10～30s，往(wang)复运(yun)动(dong)速(su)度约(yue)为1.57mm/s（见图(tu)6b）。
3）当(dang)对钛(tai)合金工件不(bu)同(tong)的表(biao)面(mian)进(jin)行(xing)光(guang)饰时(shi)，应(ying)在周(zhou)期间(jian)更(geng)换(huan)砂布。使(shi)用手动(dong)光(guang)饰时(shi)，应使用适当(dang)的止(zhi)动扳手(shou)或(huo)机(ji)械深(shen)度(du)止(zhi)动装置(zhi)，来(lai)控制(zhi)旋转砂布的(de)穿过(guo)。
5、结(jie)束语(yu)
钛(tai)合金(jin)属于典型(xing)的(de)难加工(gong)材料，加工(gong)时由(you)于(yu)切(qie)削抗(kang)力大(da)、切削温(wen)度(du)高(gao)且刀(dao)具磨损(sun)严重，所以选(xuan)择合(he)理的刀具(ju)材(cai)料(liao)及(ji)刀(dao)片(pian)角(jiao)度(du)是钛(tai)合(he)金加工(gong)面临(lin)的(de)首要问题(ti)。含Ti硬(ying)质合(he)金刀具(ju)抗(kang)扩(kuo)散磨损(sun)性(xing)能(neng)较好(hao)，切(qie)削时刀具(ju)表面形(xing)成(cheng)稳定(ding)的钛合(he)金黏结(jie)层(ceng)，可以(yi)起(qi)到抑制磨损(sun)的(de)作(zuo)用(yong)。随(sui)着(zhe)国(guo)产刀具(ju)的发展，钛合金(jin)的加(jia)工效率(lv)逐渐(jian)提高(gao)，节(jie)约了(le)加(jia)工成(cheng)本，对实现(xian)发动机(ji)整(zheng)体(ti)国(guo)产化起(qi)到(dao)了积极(ji)作用。在生产实践中，钛(tai)合(he)金(jin)加(jia)工(gong)应(ying)基(ji)于企业(ye)现有(you)技术、设备(bei)、管(guan)理(li)和(he)成(cheng)本等(deng)条件，选择合(he)理的(de)定位工装(zhuang)，利(li)用企业信息(xi)化(hua)数(shu)据平(ping)台(tai)优(you)选切(qie)削参(can)数(shu)，逐渐摒(bing)弃(qi)只(zhi)凭(ping)经验(yan)、类比选(xuan)择参数(shu)的粗(cu)放(fang)型加(jia)工理念(nian)。
通过对(dui)钛合(he)金(jin)锻(duan)件(jian)进行(xing)显微组(zu)织(zhi)检(jian)测，对(dui)粗(cu)加(jia)工(gong)后(hou)钛(tai)合(he)金的(de)金(jin)相(xiang)组织(zhi)进行(xing)了对比评定；光饰(shi)加(jia)工可(ke)有效(xiao)去除(chu)钛(tai)合(he)金表面(mian)的(de)加(jia)工(gong)及(ji)材(cai)料缺陷，提高工(gong)件(jian)使用(yong)寿(shou)命；蓝色阳极化(hua)腐蚀检测可以有效(xiao)识别钛(tai)合金(jin)在(zai)加(jia)工(gong)过程(cheng)中(zhong)出(chu)现的加(jia)工硬化(hua)等缺陷；有效控制钛(tai)合(he)金(jin)加(jia)工表(biao)面(mian)完整性，对(dui)稳定钛(tai)合金(jin)加工(gong)质量(liang)，提高钛合金工件使(shi)用(yong)寿命有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)义。
参考文(wen)献(xian)：
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