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钛合金機械加工表面質量的故障分析與研究

更新時間:2018/12/06 10:15:30    浏覽次數: 988     文章來源: 搜钛網

钛合金是一種20世紀50年代興起的重要金屬結構材料,近年,钛會金正廣泛應用于民用領域,開發出的钛合金産品幾乎滲透到,現代生活衣食住行各個方面。

1 常見故障分析

在生産中發現,钛合金機械加工表面質量常見故障有過腐蝕、挂灰、氧化皮未除盡及條紋狀花斑幾種。

1.1過腐蝕

過腐蝕是指酸洗後钛合金表面出現麻坑或凹凸不平等缺陷,和材料組織顯露有所區别。一般導緻過腐蝕缺陷的原因是氫氟酸和硝酸的比例失調,氫氟酸濃度過高或者硝酸濃度不足均可導緻該缺陷出現,另一個原因就是酸洗時間過長,一般酸洗t1mm4min,可以根據操作現場調整工藝參數,适當縮短酸洗時間。

1.2挂灰

挂灰是指酸洗後钛合金表面附着的氧化物,酸洗時由幹钛合金和酸液進行化學反應,産生的氧化物積累在表面,阻止了反應的進一步發生。挂灰的缺陷一般是由酸洗時挂灰沉積過多和酸洗後沖洗不夠。酸洗時應不斷晃動零件,使反應後的産物從钛合金表面脫落,酸洗後應加強噴淋或沖洗的辦法去除挂灰。國内一般采取壓縮空氣和自來水混合的高速水流沖洗零件,效果良好。

1.3氧化皮未除盡

導緻該缺陷的原因比較多,各個工序均有可能。有可能除油不良,或者熔融鹽處理時間不夠,或者酸洗溶液失效。出現該缺陷時,應該逐一排除各種可能因素,在必要的時候,可以在前處理增加噴砂工序。

1.4條紋狀花斑

導緻該缺陷的原因一般是由于反應不均勻造成的。可以通過酸洗時晃動零件和降低酸洗液溫度來排除。除了以上幾種缺陷,有時還會發現酸洗後檢驗合格的産品,經過一段時間後,表面出現花斑的現象。對于此種現象,現在研究比較少,可能是由于酸洗後表面有殘留酸液或後續生産帶入的腐蝕性介質存在,在應力的共同作用下産生的,在微觀檢測下與一般腐蝕形态有所區别,一般來說不影響其使用性能,可通過再次酸洗的方法去除,但是受力件要加強二次酸洗後的除氫處理。

2 影響钛合金機械加工性能的因素

導熱系數、彈性模量、化學活性及合金類型和顯微組織是影響钛合金機械加工性能的主要因素。钛合金的導熱系數小,約為鐵的13,機械加工時産生的熱量很難通過工件釋放;同時由于钛合金比熱小,加工時局部溫度上升快,因此。容易造成刀具溫度很高,使刀尖急劇磨損,使用壽命降低。實驗證明,切削钛合金的刀具前端溫度比切削鋼的溫度高2-3倍。钛合金彈性模量低,使已加工表面容易産生回彈,特别是薄壁零件的加工回彈更為嚴重,易引起後刀面與已加工表面産生強烈摩擦,從而磨損刀具和崩刃。钛合金化學活性很強,高溫下極易與氧、氫、氮發生作用,使其硬度增加,塑性下降,在加熱和鍛造過程中形成的富氧層的機械加工困難。钛合金的合金成分不同,其加工性能也不一樣,在退火狀态下,a型钛合金機械加工性能較好;a+β型钛合金次之;β型钛合金強度高,淬透性好,但機械加工性能最差。

鑒于上述情況,為了進行钛合金高效率、高精度的機械加工,應采取相應的措施,避免加工中缺陷的産生。

3 钛合金各種機械加工的研究

钛合金機械加工的方法很多,主要包括:車削、銑削、镗孔、鑽削、磨削、攻絲、鋸削、電火花加工等。、

3.1钛合金的車削加工及镗孔

車削钛合金的主要問題是:切削溫度高;刀具磨損較嚴重;切削回彈大。在合适的機械加工條件下。車削和镗孔并不是特别困難的工序。對于連續切削、大批量生産或金屬去除量大的切削,一般都采用硬質合金刀具,當進行成型切削、車槽或切斷時,适合用調整鋼刀具,金屬陶瓷刀具也得到應用。同其他機械加工操作一樣,始終采用恒定的強制進刀,可以避免切削中斷。切削過程中不要停止或減速。一般不要進行切削,而應進行充分冷卻;冷卻劑可采用5%硝酸鈉水溶液或120可溶性油乳狀水溶液。鍛造前,車削原始棒料表面富氧層采用硬質合金刀具,其切削深度應大于富氧層厚度,切削速度為2030mmin,進給量為0.10.2mmr。镗削是精加工,特别是對薄壁钛合金産品在镗削加工中,應防止燒傷和零件裝夾變形。

3.2钛合金的鑽削加工

鑽削钛合金時容易生成長而薄的卷曲切屑,同時鑽削熱量大,容易使切屑過分堆積或粘附在鑽削刃上,這是造成鑽削钛合金困難的主要原因。鑽孔要采用短而鋒利的鑽頭和低速強制進給,支撐支架要緊固,并要給以重複充分冷卻,尤其是深孔鑽削。鑽削過程中鑽頭在孔内應保持鑽削狀态而不允許在鑽孔内空轉,并應保持低而恒速的鑽削速度。鑽通孔要仔細,當快要鑽通時,為了清理鑽頭和鑽孔,及去除鑽屑,最好退回鑽頭,最終破孔時采用強制進給,這樣可以獲得光滑的孔。

3.3钛合金的攻絲

钛合金的攻絲可能是最困難的機械加工工序。攻絲時,钛屑排除受限制及嚴重的咬合傾向将導緻螺紋配合不好,緻使絲錐卡住或斷裂。在攻絲完成時,钛合金傾向幹緊縮在絲錐上。因此,應盡量避免加工盲孔或過長的通孔,以防止内螺紋表面粗糙度變大或斷錐現象的産生。同時,在攻絲方法上要不斷改進,如可以磨去絲錐後緣。沿齒刃長度在齒頂磨制軸向的排屑溝等。另一方面采用表面經過氧化、氧化或鍍鉻處理的絲錐,以降低咬合及磨損。

3.4钛合金的鋸割加工

鋸割钛合金時,要采用低的表面速度和連續強制進料。實驗證明,齒距為4.2mm8.5mm的粗齒高速鋼鋸條适用于鋸钛合金。若用帶鋸鋸钛合金,其鋸條齒距由工件厚度決定,一般為2.5mm25.4mm,材料厚度愈厚,齒距愈大。同時必須保持強制進料能力和所需的冷卻劑。

3.5钛台金的電火花加工

钛合金的電火花加工要求工具與工件間有―個操作間隙。間隙範圍最好取在0.005mm0.4mm,較小的間隙常用于要求表面光滑的精加工,較大間隙則用于要求迅速去除金屬的粗加工。電極材料最好選用銅和鋅。

通過上述分析與研究,得出了钛合金機械加工表面質量的故障原因,并對加工過程中的多種方法進行分析,從而為解決钛合金機械加工表面質量問題找出了切實可行的辦法。

 

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