钛合金机械加工表面质量的故障分析与研究

钛合金紧固件在机械加工中存在的问题及措施作者：宋庆华来源：《科技视界》2017年第10期【摘要】钛合金是一种变形系数小、强度较高、抗腐蚀性能好、低温韧性好、热强性好、以及焊接性能好的加工材料，其被广泛地应用于紧固件以及飞机起落架结构承力件的制作中，然而这种材料也有一定的缺点，其弹性模量小、导热系数小、容易燃烧和变形、效率低等各方面因素直接影响了其加工工艺和加工质量。

因而对其在机械加工中存在问题进行分析，提高加工工艺质量水平对促进钛合金材料的运用是非常重要的。

本文主要针对钛合金紧固件使用以及加工中存在的问题进行分析，并探讨提高加工工艺质量的有效措施。

【关键词】钛合金紧固件；机械加工；问题；质量控制；措施0 前言在飞机零件中，钛合金紧固件的运用可以使飞机增强抗腐蚀能力，还可以达到减重的目的，钛合金紧固件是碳纤维复合材料以及钛合金之间的必要连接件。

现阶段，钛合金以及复合材料的运用范围逐渐增大，应用数量也在不断增加。

1 概述1）钛合金紧固件的标准要求。

钛合金紧固件一般需要进行固溶时效热处理，从而保证其满足660MPa的抗剪强度以及1100MPa的抗拉强度性能要求，钛合金制造的紧固件要对其进行详细的检查，除了观察外观是否存在损毁，还要对其进行机械性能以及冶金的检查。

钛合金紧固件具有严格的材料标准以及质量、性能标准和要求，钛合金紧固件的加工技术条件要与AMS4967标准（丝材、退火、锻件和环形件、可热处理的钛合金棒材）中提出的相关要求相符合，该标准在材料的公差、尺寸、金相、外观、缺陷控制、以及机械性能等方面均有明确的标准要求和性能要求。

2 钛合金紧固件使用过程以及机械加工中存在的问题1）腐蚀性能。

在进行钛合金紧固件的安装时容易形成间隙，因而在金属与金属之间或者金属表面涂层裂缝下，一些容易受到影响的金属材料会发生一定的腐蚀。

钛合金材料的抗腐蚀性能的主要原因是其表面有一层防护性氧化膜，如果这层膜受损，在氧气充分的条件下其可以自行进行修补，然而在钛合金紧固件实际使用过程中，由于环境条件的变化（如：某种介质浓度增加、温度升高、或与易腐蚀的金属发生接触），就会导致钛合金发生腐蚀。

ZTC4 钛合金铸件表层与内部组织的相关性研究1.前言钛合金是一种轻质高强度的金属材料，因其较高的比强度、优异的抗腐蚀性和热稳定性等特点，被广泛应用于航空航天、海洋工程、医疗假肢等领域。

而钛合金铸件是一种常见的加工方式，具有较好的成形性、经济性和工艺性。

但是，钛合金铸件的表层组织和内部组织的质量对于其性能与应用具有重要影响。

因此，本文将探讨ZTC4 钛合金铸件表层与内部组织的相关性研究，旨在为优化钛合金铸件的生产工艺和加工质量提供技术支持。

2.钛合金铸件的表层组织2.1表层组织的特点钛合金铸件的表层组织直接影响着其表面质量和应力分布。

一般情况下，钛合金铸件的表层组织由残余物质和金属氧化膜构成。

残余物质主要是铸造过程中的非金属颗粒和气孔等，而金属氧化膜则是钛合金在空气中接触氧化后形成的一层氧化膜。

此外，表层组织的厚度和硬度也决定了其耐磨性、抗腐蚀性等性能指标。

2.2表层组织的影响因素表层组织的质量与其制造工艺和原材料质量有着密切的关系。

常见的影响因素有铸造温度、铸型温度、压力和模具形状等。

其中，铸造温度和铸型温度是影响表层组织形成的关键因素，其影响是通过控制钛合金在铸模表面的润湿性、流动性和钛合金与模具表面的接触面积来实现的。

而压力和模具形状等因素则主要影响表层的均匀性和密度。

3.钛合金铸件的内部组织3.1内部组织的特点钛合金铸件的内部组织直接影响着其强度、塑性和韧性等力学性能。

一般情况下，钛合金铸件的内部组织由晶粒、微观组织和非金属夹杂物三部分组成。

其中，晶粒是钛合金铸件中最基本的结构单元，微观组织是指晶粒之间的界面和相，而非金属夹杂物包括气孔、氧化物、夹杂物等，影响着钛合金铸件的塑性和韧性。

3.2内部组织的影响因素钛合金铸件的内部组织是由铸造工艺、成分控制和热处理工艺等多种因素共同作用产生的。

其中，铸造工艺是影响晶粒尺寸和形态分布的重要因素，成分控制则影响着钛合金铸件的相组成和力学性能。

而热处理工艺则主要通过改变钛合金的晶界和相界结构，来调整其强度、塑性和韧性等性能指标。

钛合金切削质量的影响因素与改进措施从大气、材料性能和含碳量三方面因素对钛合金切削性能进行分析，同时针对以上影响因素提出了相应的改进措施，为飞机制造和修理过程中钛合金结构的切削加工奠定了理论和实践基础。

钛合金材料具备比强度高、耐高温性好、抗腐蚀等优良的物理、化学性能，被广泛应用于航空航天、石油化工、海洋、能源和交通运输等工业领域。

随着现代飞机对隐身性能、抗疲劳性能和高强轻质等性能要求的不断提高，钛合金在飞机制造领域的应用日益广泛，飞机上采用机械加工的零部件所占的比例也相应增加，但基于钛合金本身的物理性质，其切削加工性较差，加工过程中导热性较差，切削时材料黏度较大，导致大量钛合金关键零件、重要零件的切削难度非常大，加工精度不容易保证，因此在飞机制造和修理领域中解决上述钛合金精密切削过程中存在的问题，对突破钛合金机械加工的技术瓶颈至关重要。

1、钛合金零件切削加工的影响因素钛合金不同于铝合金、合金钢和镁合金等金属材料，在高速切削情况下，无法保证其加工精度和加工质量。

造成其加工难度大的影响因素主要有以下两个方面：一是材料的固有属性；二是航空结构件的特殊性能要求。

钛合金材料的固有属性体现在以下三方面：①由于钛合金的导热性差，摩擦因数大，导致切削热不易传出，且集中在切削区和切削刃附近的较小区域内。

高温下切削刃的硬度降低，造成刀具寿命的缩短，严重时会直接影响加工零件的精度。

②钛元素化学性质活泼，在300℃以上，钛原子容易与大气中的氢、氧及氮等非金属元素发生强烈的化学反应，形成表面硬化层，在切削热的作用下，该部位温度升高，更容易与空气中的CO2和油脂中的碳元素发生化学反应，当含碳量＞0.12%时，会形成TiC硬质碳化物，进而加速切削过程中刀具的磨损。

③钛合金对含钛元素的刀具材料具有十分强烈的化学亲合作用。

④弹性模量E数值较小，抗拉强度与屈服强度比值较小，进而导致在机械加工过程中刀具会随着工件的转动发生较大的回弹，从而增加了切削摩擦力，加速刀具磨损，影响加工精度。

钛合金材料的加工工艺研究随着现代工业技术的不断发展，钛合金材料作为一种高性能的金属材料，被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等多个领域。

但是，钛合金的加工难度很大，其强度高、韧性低、易氧化、易热裂和易热变形等特点，使其加工困难度增加，因此钛合金产品的加工工艺研究一直是业内人士关注的热点之一。

一、钛合金材料的性质钛合金材料具有许多优异的特性，包括高比强度、高比刚度、低密度、优良的抗氧化性能、高抗腐蚀性能和优异的生物相容性等。

但是，其加工性能受到限制，如加工难度大，热变形严重，切削力大，容易产生裂纹和变形等。

二、钛合金材料加工工艺1. 机械加工机械加工是一种常用的加工方法，主要包括车削、铣削、钻孔、磨削、抛光等。

然而，机械加工钛合金材料的难度较大，需要使用更硬的切削工具和更高质量的冷却液，减小切削量，而且加工过程要遵循一定的顺序，减少残余应力的影响。

2. 化学加工化学加工是应用化学反应的原理，对钛合金表面进行化学反应，制备出所需要的形态。

常见的化学加工方法有电解氧化、化学镀锌、化学镀铬、化学雾化等。

这种加工方法被广泛应用于消费品和贵金属制品制造领域，可以获得高度均一的表面，提高产品的质量和精度。

3. 热加工钛合金材料的高温强度较高，热加工主要包括热挤压和热轧制等。

热挤压是通过消除材料粗大组织和制造均匀组织来改善钛合金的可塑性。

热轧制是将钛合金材料加热到高温，并通过压制来改善其性质。

这种加工方法可用于生产大尺寸的钛合金板材，用于航空、航天、船舶、化工等领域的制造。

4. 焊接加工钛合金材料的焊接难度大，主要是其焊接接头易产生孔洞和裂纹。

常见可控气体（TPA）、等离子焊接（PAW）、电弧等离子焊接（PAPC）、电弧熔化钨惰性气体（GTAW）等。

其中TPA具有高低速、热能控制、适用于龙骨和复杂形状的零件焊接等特点，是钛合金材料实现自动化焊接的主要途径之一。

三、钛合金材料加工中需要注意的问题1. 刀具选择钛合金材料钻孔时，应选择尖角为150度或135度，称为通用钻头。

钛-钛合金钝化行为与机理探究摘要：钝化是钛/钛合金在应用中的一个重要问题，本文以探究钛/钛合金的钝化行为和机理为主题，综述了近年来的探究进展。

起首介绍了钛/钛合金的钝化特点和影响因素，对钝化的物理、化学机理进行探讨。

然后详尽介绍了钛/钛合金的表面处理方法和钝化技术，包括机械处理、化学处理和电化学处理等，分析了各种处理方法的优缺点以及应用范围。

最后，介绍了钛/钛合金的钝化膜性质和性能测试方法，包括厚度、成分、结构、耐蚀性等方面，综述了目前钝化膜性能探究的最新进展。

本文旨在为钛/钛合金材料的应用提供参考和借鉴，同时为钛/钛合金钝化膜的探究提供一定的理论依据。

关键词：钛/钛合金，钝化，表面处理，薄膜性能1.引言钛/钛合金具有良好的力学性能、高温强度、耐腐蚀性等优点，在航空、航天、医疗等领域有着广泛的应用。

然而，钛/钛合金与氧气、水等环境接触时容易发生氧化反应，产生“粘附现象”，严峻影响了钛/钛合金材料的性能和应用。

2.钛/钛合金的钝化特性和影响因素(1)钛/钛合金的表面状态(2)环境氧气和水的含量(3)表面处理方法(4)钛/钛合金组织结构3.钛/钛合金的表面处理方法和钝化技术(1)机械处理方法(2)化学处理方法(3)电化学处理方法4.钛/钛合金的钝化膜性质和性能测试方法(1)钝化膜厚度(2)成分和结构(3)耐蚀性和耐磨性5.结论和展望综述了钛/钛合金钝化行为和机理的探究进展，对钛/钛合金材料的应用提供了参考和借鉴，同时为钛/钛合金钝化膜探究提供了一定的理论依据。

将来探究可以在钝化膜的性能优化和钢/钛合金的混合材料探究方面继续深度钝化膜是一层形成在钛/钛合金表面的致密、均质且具有优异性能的薄膜。

它可以有效抑止钛/钛合金与外界环境接触所产生的氧化反应，提高材料的耐腐蚀性和机械性能。

因此，钝化膜已成为钛/钛合金表面处理的重要方法之一。

钝化膜特性的探究表明，钝化膜的厚度、成分、结构和晶体形态等属性与钛/钛合金的钝化性能休戚与共。

钛合金材料的机械加工工艺分析摘要：因钛合金材料具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，被广泛应用到越来越多的行业，但钛合金材料的成形性不好及焊接性能差等不足，制约着钛合金材料的发展。

本文通过对钛合金材料的特性、加工特点和注意事项进行论述，对钛合金材料的机械加工工艺进行分析，希望对钛合金的机械加工有所帮助。

关键词：钛合金材料；机械加工；加工工艺钛合金材料具有质量轻、强度高、密度小，机械性能好、韧性好和抗腐蚀性能好等优点，被应用到航空航天、汽车制造、航海及日常用品等领域。

钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间。

利用钛合金强度大、超级耐腐蚀的特点制成的高强度弹簧，已经广泛运用于床垫等民用领域。

但钛合金材料的工艺性能较差，抗磨性差，生产工艺复杂，切削加工困难，尤其在热加工中，非常容易吸收碳、氮、氢、氧等元素杂质，而降低其性能。

钛合金材料的机械加工及成形性能制约着钛合金材料的应用。

1钛合金材料的特性钛合金材料的热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度。

抗腐蚀性好，钛合金材料运用在潮湿的环境和海水环境中，其抗腐蚀性能远优于不锈钢。

钛合金材料具有特别强的点蚀、酸蚀、应力腐蚀的特性，在酸、碱、氯化物等环境中具备优良的抗腐蚀特性。

低温性能好，钛合金材料在低温和超低温环境中，仍能保持其力学性能。

钛合金材料的比重、强度及使用温度范围介于铝和钢之间，其质量轻、强度高并具有优异的抗腐蚀性能和超低温性能，特别适合应用于航空航天、航海、汽车制造等领域的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等。

随着对钛合金材料的不断研究及科学技术手段的不断进步，其在很多领域的运用也逐渐成熟，并发挥了其优越性，但在实际加工、生产及应用方面，钛合金材料在进行机械加工时还存在着需要解决的问题。

钛合金材料与其他金属材料相比，因其钛合金本身的导热性较差和较强的化学活性，对具有还原性氧及铬盐介质的抗腐蚀性能较差，导致钛合金材料的成形性不好及焊接性能差等问题。