一、常見故障分析在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),鈦合金機(jī)械加工表面質(zhì)量常見故障有過腐蝕、掛灰、氧化皮未除盡及條紋狀花斑幾種。

1.過腐蝕過腐蝕是指酸洗后鈦合金表面出現(xiàn)麻坑或凹凸不平等缺陷,和材料組織顯露有所區(qū)別。一般導(dǎo)致過腐蝕缺陷的原因是氫氟酸和硝酸的比例失調(diào),氫氟酸濃度過高或者硝酸濃度不足均可導(dǎo)致該缺陷出現(xiàn),另一個(gè)原因就是酸洗時(shí)間過長(zhǎng),一般酸洗t為1min～4min,可以根據(jù)操作現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整工藝參數(shù),適當(dāng)縮短酸洗時(shí)間。

2.掛灰掛灰是指酸洗后鈦合金表面附著的氧化物,酸洗時(shí)由于鈦合金和酸液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生的氧化物積累在表面,阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生。掛灰的缺陷一般是由酸洗時(shí)掛灰沉積過多和酸洗后沖洗不夠。酸洗時(shí)應(yīng)不斷晃動(dòng)零件,使反應(yīng)后的產(chǎn)物從鈦合金表面脫落,酸洗后應(yīng)加強(qiáng)噴淋或沖洗的辦法去除掛灰。國(guó)內(nèi)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。

3.氧化皮未除盡導(dǎo)致該缺陷的原因比較多,各個(gè)工序均有可能。有可能除油不良,或者熔融鹽處理時(shí)間不夠,或者酸洗溶液失效。出現(xiàn)該缺陷時(shí),應(yīng)該逐一排除各種可能因素,在必要的時(shí)候,可以在前處理增加噴砂工序。

4.條紋狀花斑導(dǎo)致該缺陷的原因一般是由于反應(yīng)不均勻造成的?？梢酝ㄟ^酸洗時(shí)晃動(dòng)零件和降低酸洗液溫度來排除。除了以上幾種缺陷,有時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)酸洗后檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品,經(jīng)過一段時(shí)間后,表面出現(xiàn)花斑的現(xiàn)象。對(duì)于此種現(xiàn)象,現(xiàn)在研究比較少,可能是由于酸洗后表面有殘留酸液或后續(xù)生產(chǎn)帶入的腐蝕性介質(zhì)存在,在應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的,在微觀檢測(cè)下與一般腐蝕形態(tài)有所區(qū)別,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(qiáng)二次酸洗后的除氫處理。

二、影響鈦合金機(jī)械加工性能的因素

導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量、化學(xué)活性及合金類型和顯微組織是影響鈦合金機(jī)械加工性能的主要因素。鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)小,約為鐵的1/3,機(jī)械加工時(shí)產(chǎn)生的熱量很難通過工件釋放;同時(shí)由于鈦合金比熱小,加工時(shí)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(shí)驗(yàn)證明,切削鈦合金的刀具前端溫度比切削鋼的溫度高2～3倍。鈦合金彈性模量低,使已加工表面容易產(chǎn)生回彈,特別是薄壁零件的加工回彈更為嚴(yán)重,易引起后刀面與已加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦,從而磨損刀具和崩刃。鈦合金化學(xué)活性很強(qiáng),高溫下極易與氧、氫、氮發(fā)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(jī)械加工困難。鈦合金的合金成分不同,其加工性能也不一樣,在退火狀態(tài)下,α型鈦合金機(jī)械加工性能較好;α+β型鈦合金次之;β型鈦合金強(qiáng)度高,淬透性好,但機(jī)械加工性能最差。鑒于上述情況,為了進(jìn)行鈦合金高效率、高精度的機(jī)械加工,應(yīng)采取相應(yīng)的措施,避免加工中缺陷的產(chǎn)生。

三、鈦合金各種機(jī)械加工的研究

鈦合金機(jī)械加工的方法很多,主要包括:車削、銑削、鏜孔、鉆削、磨削、攻絲、鋸削、電火花加工等。

1.鈦合金的車削加工及鏜孔車削鈦合金的主要問題是:切削溫度高;刀具磨損較嚴(yán)重;切削回彈大。在合適的機(jī)械加工條件下,車削和鏜孔并不是特別困難的工序。對(duì)于連續(xù)切削、大批量生產(chǎn)或金屬去除量大的切削,一般都采用硬質(zhì)合金刀具;當(dāng)進(jìn)行成型切削、車槽或切斷時(shí),適合用調(diào)整鋼刀具,金屬陶瓷刀具也得到應(yīng)用。同其他機(jī)械加工操作一樣,始終采用恒定的強(qiáng)制進(jìn)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(jìn)行切削,而應(yīng)進(jìn)行充分冷卻;冷卻劑可采用5%硝酸鈉水溶液或1/20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(zhì)合金刀具,其切削深度應(yīng)大于富氧層厚度,切削速度為20～30m/min,進(jìn)給量為0.1～0.2mm/r。鏜削是精加工,特別是對(duì)薄壁鈦合金產(chǎn)品在鏜削加工中,應(yīng)防止燒傷和零件裝夾變形。

2.鈦合金的鉆削加工鉆削鈦合金時(shí)容易生成長(zhǎng)而薄的卷曲切屑,同時(shí)鉆削熱量大,容易使切屑過分堆積或粘附在鉆削刃上,這是造成鉆削鈦合金困難的主要原因。鉆孔要采用短而鋒利的鉆頭和低速?gòu)?qiáng)制進(jìn)給,支撐支架要緊固,并要給以重復(fù)充分冷卻,尤其是深孔鉆削。鉆削過程中鉆頭在孔內(nèi)應(yīng)保持鉆削狀態(tài)而不允許在鉆孔內(nèi)空轉(zhuǎn),并應(yīng)保持低而恒速的鉆削速度[3]。鉆通孔要仔細(xì),當(dāng)快要鉆通時(shí),為了清理鉆頭和鉆孔,及去除鉆屑,最好退回鉆頭,最終破孔時(shí)采用強(qiáng)制進(jìn)給,這樣可以獲得光滑的孔。

3.鈦合金的攻絲鈦合金的攻絲可能是最困難的機(jī)械加工工序。攻絲時(shí),鈦屑排除受限制及嚴(yán)重的咬合傾向?qū)?dǎo)致螺紋配合不好,致使絲錐卡住或斷裂。在攻絲完成時(shí),鈦合金傾向于緊縮在絲錐上。因此,應(yīng)盡量避免加工盲孔或過長(zhǎng)的通孔,以防止內(nèi)螺紋表面粗糙度變大或斷錐現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時(shí),在攻絲方法上要不斷改進(jìn),如可以磨去絲錐后緣,沿齒刃長(zhǎng)度在齒頂磨制軸向的排屑溝等。另一方面采用表面經(jīng)過氧化、氧化或鍍鉻處理的絲錐,以降低咬合及磨損。

4.鈦合金的鋸割加工鋸割鈦合金時(shí),要采用低的表面速度和連續(xù)強(qiáng)制進(jìn)料。實(shí)驗(yàn)證明,齒距為4.2mm～8.5mm的粗齒高速鋼鋸條適用于鋸鈦合金。若用帶鋸鋸鈦合金,其鋸條齒距由工件厚度決定,一般為2.5mm～25.4mm,材料厚度愈厚,齒距愈大。同時(shí)必須保持強(qiáng)制進(jìn)料能力和所需的冷卻劑。

5.鈦合金的電火花加工鈦合金的電火花加工要求工具與工件間有一個(gè)操作間隙。間隙范圍最好取在0.005mm～0.4mm,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,得出了鈦合金機(jī)械加工表面質(zhì)量的故障原因,并對(duì)加工過程中的多種方法進(jìn)行分析,從而為解決鈦合金機(jī)械加工表面質(zhì)量問題找出了切實(shí)可行的辦法。