锻压技术：钛合金锻造的清理工艺
所有的钛合金锻造加热处理中形成的氧化物锈皮及α壳层很脆，并在随后的锻造或在终锻中诱发裂纹或在其后的机械加工过程中造成刀具磨损。因此，最好在连续锻造之间清理掉锈皮及α壳层，并且在锻件交付用户前必须去除锈皮及α壳层。钛合金锻件的清理技术有两个方面：其一是氧化皮的清除；其二是α壳层的清除。锈皮可用机械方法，如喷砂清除；或用化学方法，如融溶盐除锈法。除锈方法的选择决定于零件大小、复杂程度及其成本。
喷砂是清除锈皮的有效方法，它可以清除0.13～0.76mm厚的锈皮，可用100～150目的锆砂或钢砂，气压可达275Pa。虽然喷砂对各种尺寸的锻件都可，但多用于中、大型钛合金锻件。喷砂设备可以采用装有磨料的滚筒、喷丸或喷砂装置。喷砂后要酸洗以去除α壳层。
溶盐除锈是另一种去除氧化皮的有效方法，且亦随之酸洗去除α壳层。图14为一通常采用溶盐除锈并酸洗的流程图，溶液成分及有关参数见表7。溶盐除锈用的架子一般是木制的、钛的或不锈钢的，以防在工件和架子之间产生电势，而产生对工件的电侵蚀或产生电弧。溶盐除锈经常用于中、小型锻件，在大批量锻件的情况下，操作系统可完全自动化。
图14 钛合金熔盐除锈、中和、酸洗操作流程图
表7 溶液成分及有关参数
溶液号
溶液类型
溶液成分
操作温度/℃
时间/min
1
2
3
除锈
中和
酸洗
60%～90%N2OH，其余N2NO3和Na2CO3
5%～15%HNO3溶于水
15%～20%HNO3，1%～7%HF，其余为水
425～510
室 温
50～60
20～50
2～5
2～5
酸洗用来清除锈皮下的α壳层，其工艺如下：(1)用喷砂或碱盐进行整体清理。(2)若采用碱清洗则应在清洁的流动水中充分清洗。(3)在砂酸-氢氟酸水溶液中酸洗5～15min。溶液含15%～40%HNO3，1%～5%HF，操作温度为25～60℃。通常酸含量(尤其对于α+β和β合金)常取上述酸含量范围的中间值(例如30%～35% HNO3，2%～3%HF，或HNO3与HF的比例为10：1到15：1)。然而HNO3，HF约为2：1的化学溶液可达到0.025mm/min的清除效果，而吸氢最少。
采用混合酸时，酸液中钛含量不断增加，从而使酸洗效果减退。通常认为钛含量12g/L已最高限度，超过该值应将溶液废弃。可以通过过滤或加入其他有机化学添加剂进行溶液处理，以延长酸洗液的寿命。(4)在清水中彻底清洗锻件。(5)用热水清洗以加速干燥，洗毕让其干燥。
在酸洗中对金属进行清除清洗所需的时间主要由α壳厚度、酸洗槽操作条件、工艺技术条件的需要和工件吸氢的趋势几个因素决定。酸洗给钛合金过度吸氢提供条件，因此必须细心控制。酸洗中金属清除速率一般是0.03mm/min或更多，这一速率强烈地受下列因素的影响，如合金种类、酸的浓度、溶液温度及钛的含量。每个表面金属清除厚度达0.25～0.38mm通常足以清除α壳层。但有时可能需要更多或更少的清除量，这取决于合金种类及处理的锻件存在的特定条件。
酸洗中每清除0.03mm的表面金属则吸氢可达10×10-6，这取决于特定的酸洗液及浓度温度条件，在酸洗中α合金比(α+β)合金吸氢趋势小，而(α+β)合金又比β合金在酸洗中吸氢趋势小。酸洗中吸氢趋势随金属清除速率的减小(由于溶液中钛含量增加)而增加；随清洗温度升高(高于60℃)而增加；以及随工件表面积-体积相对比率的增大而增加。一般说来，在一定溶液浓度及温度下金属清除速率必须超过氢扩散速度。清洗后，如氢含量超过锻件中允许最大的氢含量140～170cm3/100g，则需增加真空除氢退火。
零件不需要酸洗的部分，事先应涂上油漆以保护。但需注意，夹持零件的挂架只能与锻件涂有漆层部分接触。
文章关键词： 锻压
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