本篇文章給大家談談鈦合金板材加工工藝，以及鈦合金板材加工工藝手冊對應的知識點，希望對各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔，本文目錄一覽：，1、，鈦合金絲加工工藝有那些？，2、，鈦合金的切削工藝措施有哪些？
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鈦合金絲加工工藝有那些？
鈦及鈦合金絲由于具有良好的耐蝕性、比強度高、無磁性、與人體的親和性好和形狀記憶功能等特點, 因而不但廣泛應用于航空航天等高技術領域, 而且正越來越多地進入各種民用領域。例如在航天領域廣泛應用的鈦合金絲緊固件, 不僅可以達到減重、耐腐蝕的目的, 而且是鈦合金、碳纖維復合材料等結構件必需的連接件；汽車領域采用鈦合金絲制成的彈簧, 同鋼彈簧相比, 可減重60%~70%；醫療領域采用的鈦合金絲由于具有無毒、質輕、耐生物腐蝕及良好的生物相容性等特性而受到醫生及患者的青睞；在海水養殖方面, 用鈦絲織成的養殖網使用15 年后仍毫無損壞。
鈦及鈦合金屬于難加工材料, 由于鈦的屈強比較高, 一般為0.70~0.95, 彈性較好, 變形抗力大, 而其彈性模量相對較低, 故加工時變形抗力大, 回彈性也較嚴重；而且在加工過程中的粘著問題對制品的表面質量也產生了極為惡劣的影響。目前, 鈦合金絲材的制備工藝通過不斷改進、完善,并采用各種新興技術使鈦合金絲材產品的質量迅速提高, 種類不斷增加, 應用領域進一步擴大。拉拔仍是現今生產鈦合金絲所采用的最普遍方法,通常絲材的生產工藝流程為: 原料→鑄錠熔煉→鍛造→軋制→拉拔→熱處理→檢驗→成品。本文以絲材的生產工藝流程為主線, 重點介紹絲材的拉伸工藝, 簡單介紹絲坯的制備工藝(熔煉、鍛造、軋制)以及絲材加工技術。
1 絲坯制備工藝
1.1 熔煉工藝
鈦是非?；顫姷慕饘? 在液態下與氧、氮、氫及碳的反應相當快, 因此鈦合金熔煉必須在較高的真空度或惰性氣體(Ar 或Ne)保護下進行。熔煉技術主要有真空自耗電極電弧爐熔煉、真空自耗電極凝殼爐熔煉、電子束冷床爐熔煉、等離子冷床爐熔煉、真空感應爐熔煉等。從耗電量、熔化速度、成本技術經濟指標對比來看, 前兩種仍是目前最經濟適用的熔煉方法。但真空電弧熔煉對消除鈦合金中高密度夾雜和低密度夾雜的能力有限, 而冷床爐熔煉在這方面有獨特的優勢。熔煉鑄錠的質量將影響后續加工工藝以及成品質量, 可通過精選原材料, 選擇合理的熔煉工藝參數(熔煉電流、電弧電壓、真空度、漏氣率、冷卻速度、攪拌磁場強度), 嚴格控制工藝過程, 得到高質量的鑄錠。由于絲材尺寸較小, 加工工藝比較復雜, 對合金內部冶金缺陷(偏析、夾雜)的敏感性增加, 因此熔煉工藝對精確控制成分, 減少合金中的雜質含量, 確保絲材優良的性能非常關鍵。
1.2 鍛造工藝
鍛造的目的是改善組織、提高金屬的綜合性能, 為軋制工序提供坯料。其工序基本流程為: 鑄錠→加熱→開坯鍛造→冷卻→表面清理→變形坯料→加熱→鍛棒→檢驗→成品。
鑄錠和變形坯料的加熱應選擇合適的加熱溫度、加熱速度和加熱時間, 并控制好爐內氣氛, 才能保證產品質量。加熱溫度應選擇變形塑性好、鍛件質量高、變形抗力低的溫度范圍。鑄錠的開坯加熱是在(α+β)/β相變點以上100~200℃(β鈦合金除外)的范圍內; 經過鍛造變形的坯料, 粗大的鑄造組織已得到一定程度的破碎, 內部組織得到改善, 塑性提高, 因此再鍛造加熱溫度可隨退火次數增加而逐漸降低; 成品前的鍛造加熱, 為防止β脆性的發生, 獲得良好的組織及綜合性能, 對于α合金和α+β合金應在相變點以下的溫度進行, 對于β合金, 實際上是在β區加熱和鍛造的。由于鈦的導熱系數低, 在室溫下為0.0397K/cm·s·℃, 約是中碳鋼的1/4, 在高溫時卻又相近。因此, 在較低溫度加熱時應采用慢速, 避免加熱過程中表層與中心層形成很大溫度差。在高溫時, 鈦的導熱系數增加, 可采用稍快的速度加熱。
鍛造加工中, 變形溫度、變形量以及變形速度對鍛件質量有重要的影響, 必須正確控制。如前所說, 一般將鍛前的鑄錠加熱到相變點以上, 因為在此溫度下變形抗力低、塑性高, 但若鑄錠開坯的變形量過低, 鑄態組織將不能得到有效地破碎, 其性能較差, 也將直接影響到后續加工。鍛造過程中,若變形量選擇不當將嚴重影響合金的組織與性能。如TC4 合金, 當加熱溫度高于相變點之上, 而變形量不夠大時, 往往得到粗大的片狀或針狀α間β組織, 也稱粗大魏氏組織。這種組織的強度變化不大, 但塑性顯著下降。當變形量增大時則出現歪扭程度不同的條狀α+β組織, 稱為網籃狀組織。這種組織的高溫性能和斷裂韌性有所改善, 而塑性有所下降。應當選擇合適的變形量, 得到較細小的具有一定量的等軸初生α加轉變的β組織。這種組織的綜合性能較好。變形速度對鍛件質量也有很重要的影響, 當變形速度過快時, 不僅使變形抗力提高, 而且變形熱效應使鍛件局部或整體溫度過高, 得到的鍛件組織和綜合性能較差。最后須指出的是: 變形溫度、變形速度和變形量絕不是孤立的影響鍛件的質量。例如加熱溫度稍高, 但是用足夠大的變形量和較低的變形速度也可以得到較好的組織和性能。
1.3 軋制工藝
軋制加工主要為絲材拉伸提供絲坯, 進一步改善合金組織, 提高金屬的綜合性能。同鍛造工藝一樣, 對絲材的組織以及表面質量都有重要的影響。其主要工藝參數有: 加熱溫度、軋制速度和熱軋加工率。
(1) 加熱溫度
經鍛造加工后, 坯料組織均勻性和致密性已經大大提高, 故加熱溫度可略低于鍛造溫度。α+β型合金的軋前加熱溫度一般都稍低于(α+β)/β相變溫度, 即在(α+β)相區進行加熱, 使軋制過程在(α+β)相區完成, 保證產品的組織性能較好; α型合金的加熱溫度也在(α+β)相區內, 此時熱加工性能良好且室溫性能較好; β型合金的加熱溫度在高于β相變轉變溫度以上進行, 使其變形在β相區完成, 此時合金的變形抗力小、塑性較好。不同的加熱溫度對合金的組織性能有很大影響, 如對TC9 棒材在1050 ℃軋制時, 由于其軋制溫度在β轉變溫度以上, 得到的是針狀組織, 性能較差。在α+β相區(980 ℃以下)軋制時, 得到的是等軸組織, 其性能較好。
(2) 軋制速度
目前, 鈦及其合金軋制時, 由于產量不大, 鈦制品長度較短, 大多采用手工操作, 所以不適宜高速軋制。而且軋速過快將造成軋件快速升溫, 影響最終產品組織性能。理論計算表明: 軋制速度大于12m/s后, 軋件升溫與軋制速度成正比增加; 當軋制速度大于30m/s 時, 終軋溫度與加熱溫度無關。
(3) 熱軋加工率
由于變形量的不同, 合金的組織和性能有明顯的差別。如在920 ℃下熱軋的TC4 棒材, 在28%變形量下軋制, 其組織基本上是α相被β相網格分割成等軸狀, 這種組織性能較差；在變形量為44%時, β相網格已被破碎, α相粒度較大, 這種組織性能也較差; 在變形量為66%~78%時, 有大致相同的組織, 以α相為基體, 加上細小分散的α+β組織, 這種組織性能較好。
為充分加工與細化組織, 提高材料性能, 在20世紀70年代,發明了步進軋制工藝,它是一種將軋制和鍛造兩種變形特點結合在一起的加工方式, 具有鍛造的大變形和軋制的高速度等特點。借鑒國外少數先進國家絲材的制備工藝流程為:鑄錠→開坯鍛造→熱連軋成線材。秦伯祥等人研究了采用合金鋼熱連軋機組, 生產大卷重10mm純鈦高速線材工藝, 并對產品組織、性能、外形、尺寸公差進行了分析討論, 研究表明, 用該方法生產的產品力學性能良好, 組織均勻一致, 而且表面質量良好。
2 拉伸工藝
2.1 拉伸溫度
對冷加工性能差的鈦合金常用熱拉伸進行加工, 拉伸溫度對絲材的組織、性能、間隙元素含量以及表面質量均有重要影響。朱恩科等人對Ti2Cu鈦合金絲材拉伸方法的研究結果表明, Ti2Cu 鈦合金絲材不適宜冷拉伸, 而熱拉伸方法能夠順利拉制出合格的Ti2Cu 鈦合金絲材。在拉伸過程中C、O、N 和H 的增加量, 可以通過堿、酸洗和真空退火消除。圖1 為在冷拉伸與熱拉伸下Ti2Cu 鈦合金絲材的拉伸性能,可以看出,冷拉伸時,絲材的抗拉強度隨直徑減小而增加, 伸長率隨直徑減小而迅速降低。熱拉伸在8mm~6.19mm區間抗拉強度隨直徑減小迅速增加, 伸長率顯著下降, 這是由于只發生了部分再結晶, 硬化作用大于軟化作用; 在6.19 mm~1.15mm 區間抗拉強度和伸長率基本保持不變, 這是由于變形造成的硬化和回復再結晶引起的軟化作用達到了動態平衡。
2.2 拉伸道次加工率
熱拉伸時, 道次加工率的大小主要取決于加工溫度和絲材直徑。對于在室溫下的冷拉伸, 道次加工率主要取決于氧化、涂層的質量和潤滑劑的好壞。表1為室溫下拉伸時, 隨直徑變化道次加工率分配的一般規范。
2.3 拉伸應力
在拉伸時, 拉伸應力應小于被拉出金屬材料的屈服強度, 這是實現拉伸過程的基本條件。影響拉伸應力的因素很多, 如拉伸溫度、拉伸速度、加工率以及模具的圓錐角等等。加工率的增加、拉伸溫度的降低、圓錐角過大或過小都將引起拉伸應力的增大; 在直線拉伸時, 拉伸速度對拉伸應力無顯著改變, 而在絲材以直線式通過?？缀笙驙恳g盤上纏繞時, 拉伸速度超過一定范圍將引起拉伸應力的增大。為減小拉伸過程中的拉伸應力,可通過潤滑、減小變形量、提高金屬變形塑性等方法。為此, 人們研究了多種加工技術, 其中包括輥模拉伸、超聲振動拉伸等方法。
2.4 拉伸潤滑
由于鈦合金拉伸時具有粘附模具的傾向, 造成拉絲困難, 因此除了必須采用良好的潤滑劑之外, 還應采取涂層、氧化等其他增強潤滑措施。鈦合金拉伸前大多進行氧化、涂層處理。采用的涂料有石墨乳、鹽石灰、鈣基涂層等等, 選擇涂層的依據是不僅與所加工的絲材要結合緊密, 與潤滑劑之間要有良好的浸潤性, 而且要便于清除。拉伸工藝條件不同, 使用的潤滑劑也不相同。在鈦絲拉伸工藝中, 采用的潤滑劑有工業皂粉、石墨乳以及肥皂粉與其他材料的混合物, 應選擇與涂層有良好浸潤性、熱穩定性較好的潤滑劑。如在TB2 鈦合金絲材加工中, 涂層選擇鈣基涂層, 輔以自制潤滑劑(HTK-SM), 可以獲得令人滿意的絲材表面。為增強潤滑效果, 還常采用增壓模來提高絲材的表面質量。
2.5 拉伸模
拉絲模具材質主要有硬質合金、天然金剛石、合成金剛石、聚晶金剛石。細絲生產中常用單晶天然金剛石模。天然金剛石模具雖然造價高, 但經久耐用, 尺寸變化小, 不易出現粘拉磨損、絲材劃傷等。為使待加工的絲材順利通過模具, 實現變形的目的, 形成所需的規格尺寸, 要求加工后的模具形狀有利于潤滑并減少斷絲現象, 有利于產生的變形熱量散發得快。由于經過一段時間的拉伸,模具表面發生磨損現象, 即表面因摩擦、撕裂等使模具表面有物質脫落, 會因此劃傷絲材表面。因此需要提高模具光潔度, 減少模具缺陷, 加強對模
具的管理控制。
2.6 表面處理
在絲材拉伸過程中, 表面處理也是影響絲材表面質量及組織性能的影響因素。其方式有酸洗、機械拋光、電解拋光、磷化、氧化、電鍍等。西北有色金屬研究院與有研億金新材料股份有限公司分別對鈦鉭合金絲與鈦鎳合金絲進行了表面處理的研究, 結果表明, 酸洗、機械拋光與電解拋光拉伸試樣均表現為韌性斷裂, 但電解拋光由于減少了試樣表面裂紋源而有效改善了鈦鎳合金絲材的力學性能, 而酸洗由于減少了表面夾雜物對拉伸的影響, 表現出了比機械拋光更好的綜合性能。磷化、氧化處理由于其磷化層和氧化層具有較高的硬度, 可以有效地保證絲材拉伸過程中表面不被劃傷, 但在拉伸過程中會出現表面和心部變形不協調性, 容易在表面出現裂紋, 導致材料斷裂。電鍍后的絲材雖然表面光潔, 但由于易發生氫脆現象, 試樣表現為脆性斷裂, 材料的力學性能顯著降低。
2.7 熱處理工藝
鈦及鈦合金絲熱處理時應用最多的是退火,包括中間退火和成品退火, 其目的是提高絲材繼續拉伸的加工塑性和達到所要求的成品性能。在制定退火工藝時, 不僅要考慮生產的具體條件, 更重要的應考慮金屬的力學性能與變形程度、退火溫度之間的關系。如工業純鈦, 隨著加工率的增加, 伸長率下降, 而抗拉強度升高, 說明冷加工硬化快, 因此必須進行中間退火。絲材成品的退火溫度應根據所要求的成品性能來選擇, 以達到最佳的性能匹配。如Ti-2Al-2.5Zr 絲材的優選真空退火溫度在700~850 ℃, 在這區間內, 伸長率和抗拉性能均能達到絲材的要求。表2與表3為鈦及鈦合金絲的一般退火規范, 可以看出, 絲材的退火制度還應考慮絲材的尺寸。實際應用中, 應根據合金成分以及加工工藝, 進行試驗研究, 來選擇最佳退火工藝。
除退火工藝外, 為達到各種用途所需要的性能, 還常常需要進行固溶時效等熱處理。如眼鏡架用Ti-22V-4Al 合金絲, 經780℃×30min 退火處理, 其組織均勻, 伸長率達20%以上; 再經520℃×4 h 時效處理, 維氏硬度達到2800MPa, 可達到眼鏡架用絲材對材料硬度的技術要求。
3 加工技術
傳統的固定模拉伸(即常規拉伸)有著本身固有的缺陷, 其突出問題是模具與變形金屬接觸面的摩擦以及伴隨產生的熱效應。為此, 人們發明了多種加工技術來解決上述問題。
(1) 輥模拉伸: 該技術結合了傳統的軋制與拉伸的特點, 減少了拉拔力, 增加了道次加工率,降低了加工硬化程度。由于輥模拉伸是在由非傳動的、自由旋轉的輥輪組成的孔型中拉伸, 將固定模拉伸時材料與?？椎拇蟛糠只瑒幽Σ赁D變為非常小的滾動摩擦, 從而大幅度減小拉伸摩擦力。輥模拉伸的缺點是尺寸精度沒有固定模拉伸高, 適用于粗拉絲, 而在細拉絲中用固定模拉伸進行精整。
(2) 超聲振動拉伸: 該方法是從20世紀50年代發展起來的,拉伸時,對拉伸模施以超聲振動,可以有效降低拉伸力, 提高道次加工率。
(3) 無模拉伸: 該工藝是采用感應線圈或激光使絲材局部加熱軟化, 并施加張力使絲材變細。其優點是不需要拉伸模和潤滑劑, 變形率大, 效率高, 缺點是成品尺寸均勻性差, 質量不穩定。
(4) 增壓模拉伸: 該工藝是指在拉伸模前安裝增壓噴嘴裝置, 在絲材拉伸時, 能造成自動增壓強制潤滑效果的方法。其優點是斷絲頻率減少4/5、拉絲模壽命提高20 倍以上、改善表面質量等。
(5) 鍍層- 包套集束拉伸: 該方法首先在鈦絲表面鍍一層低碳鋼, 再將鍍好的鈦絲集束裝入低碳鋼管內, 然后進行集束拉伸加工并進行中間退火, 加工到最終尺寸后, 用硫酸酸洗將低碳鋼包套和鍍層除去。其優點是效率高、生產成本低。
(6) 包套- 碎屑擠壓: 該工藝是日本東北大學開發的, 主要用于TiNi 形狀記憶合金絲的加工,可提高產品質量、降低生產成本。首先通過包覆軋制制備由不同金屬片組成的多層復合片材, 各種金屬層的厚度比取決于所確定的化學成分, 然后把軋成的包覆片切成碎屑, 將切成的碎屑裝填到容器中制成坯料, 并將坯料擠壓成細棒, 接著再加工成細絲, 最后通過熱擴散處理, 將復合絲轉化成想要得到的金屬間化合物絲材。
(7) 四輥絲材軋機連軋生產絲材: 這種軋機是由四個軋輥組成一個圓的孔形, 工作時由一個主動輥帶動另外三個輥轉動。多個這樣的機架組成連軋機組可進行鈦合金絲材的生產, 從而大幅度提高了絲材的生產率和成品率。
4 結語
鈦及鈦合金絲材應用廣泛, 但其昂貴的價格是阻礙其應用的主要障礙, 需要開發并普及絲材制備新工藝, 以降低絲材加工成本。國外對絲材加工技術研究報道較多, 并且采用了很多新技術,因此國外的鈦合金絲材產品質量好、規格多。而國內鈦合金絲材生產技術仍然較落后, 生產流程長、效率低、成本高是目前需要解決的問題。因此我國應加大對鈦合金絲材加工的研究投入, 盡快提高在該領域的技術水平和裝備水平, 生產出質優價廉的鈦合金絲材產品, 以適應市場的需求。
鈦合金的切削工藝措施有哪些？
鈦合金以其比強度高、機械性能及抗蝕性良好而成為飛機及發動機理想的制造材料，但由于其切削性差，長期以來在很大程度上制約了它的使用。隨著工藝技術的發展，近年來鈦合金已廣泛使用于飛機發動機的壓氣機段、發動機罩、排氣裝置等零件的制造以及飛機的大梁隔框等結構框架件的制造。但是鈦合金導熱性差致使切削溫度很高，在切削過程中的這些特點使其變得十分困難，下面簡單介紹下鈦合金的各種切削工藝有哪些特點：
（1）車削工藝
鈦合金車削易獲得較好的表面粗糙度，硬化不嚴重，但切削溫度高刀具磨損快。針對這些特點主要在刀具、切削參數方面采取以下措施：合適的刀具前后角、刀尖磨圓、較低的切削速度、適中的進給量、較深的切削深度、專用切削油充分冷卻；車外圓時刀尖不能高于工件中心，否則容易扎刀；精車及車削薄壁件時，刀具主偏角要大。
（2）銑削工藝
鈦合金銑削比車削困難，因為銑削是斷續切削，并且切屑易與刀刃發生粘結，當粘屑的刀齒再次切入工件時，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料形成崩刃，極大地降低了刀具的耐用度。因此對鈦合金銑削采取措施：一般采用順銑、使用高速鋼刀具、使用專用鈦合金切削油、從工件裝夾及設備方面提高工藝系統剛性。
（3）磨削工藝
磨削鈦合金零件常見的問題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷。其原因是鈦合金的導熱性差，使磨削區產生高溫，從而使鈦合金與磨料發生粘結、擴散以及強烈的化學反應。粘屑和砂輪堵塞導致磨削比顯著下降，擴散和化學反應的結果，使工件被磨表面燒傷，導致零件疲勞強度降低，這在磨削鈦合金鑄件時更為明顯。為解決這一問題采取的措施是：選用綠碳化硅砂輪材料、稍低的砂輪速度、稍小的進給量、用低粘度磨削油充分冷卻。
（4）鉆削工藝
鈦合金鉆削比較困難，常在過程中出現燒刀和斷鉆現象。這主要是由于鉆頭刃磨不良、排屑不及時、冷卻不佳以及工藝系統剛性差等幾方面原因造成的。因此在鈦合金鉆削加工中須注意以下幾點：選用高速鋼硬質合金刀具、勤退刀并及時清除切屑、使用專用深孔鉆切削油、提高工藝系統剛性。
（5）鉸削工藝
鈦合金鉸削時刀具磨損不嚴重，使用硬質合金和高速鋼鉸刀均可。使用硬質合金鉸刀時，要采取類似鉆削的工藝系統剛度，防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時出現的主要問題是鉸孔不光，可采取以下解決措施：修窄鉸刀刃帶寬度以免刃帶與孔壁粘結、切削刃磨損后要及時修磨、必要時可加大校準部分倒錐。
（6）攻絲工藝
鈦合金攻絲主要因為切屑細小，易與刀刃及工件粘結，造成表面粗糙度值大扭矩大。攻絲時絲錐選用不當及操作不當極易造成硬化，效率極低并時有絲錐折斷現象。其解決辦法如下：優先選用跳牙絲錐、切削錐部分磨出負傾角、先粗鉆再用擴孔鉆擴孔、盡量采用機攻避免硬化。
鈦合金的熱處理工藝是什么？
常用的熱處理方法有退火、固溶和時效處理。退火是為了消除內應力、提高塑性和組織穩定性，以獲得較好的綜合性能。通常α合金和（α+β）合金退火溫度選在（α+β）─→β相轉變點以下120～200℃；固溶和時效處理是從高溫區快冷,以得到馬氏體α′相和亞穩定的β相,然后在中溫區保溫使這些亞穩定相分解，得到α相或化合物等細小彌散的第二相質點，達到使合金強化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相轉變點以下40～100℃進行，亞穩定β合金淬火在(α+β)─→β相轉變點以上40～80℃進行。時效處理溫度一般為450～550℃。
總結，鈦合金的熱處理工藝可以歸納為：
（1）消除應力退火：目的是為消除或減少加工過程中產生的殘余應力。防止在一些腐蝕環境中的化學侵蝕和減少變形。
（2）完全退火：目的是為了獲得好的韌性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和組織的穩定性。
（3）固溶處理和時效：目的是為了提高其強度，α鈦合金和穩定的β鈦合金不能進行強化熱處理，在生產中只進行退火。α+β鈦合金和含有少量α相的亞穩β鈦合金可以通過固溶處理和時效使合金進一步強化。
此外，為了滿足工件的特殊要求，工業上還采用雙重退火、等溫退火、β熱處理、形變熱處理等金屬熱處理工藝。
鈦合金用途和生產工藝
鈦合金具有強度高而密度又小鈦合金板材加工工藝，機械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金鈦合金板材加工工藝的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差，生產工藝復雜?，F在主要用于人造地球衛星、登月艙、載人飛船和航天飛機
，生產工藝不大知道
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