航空用TC4钛合金丝材靶材的性能及热处理工艺

TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。凯泽金属结合航空用TC4钛合金的靶材，钛法兰，钛丝材等成品特性，将TC4钛合金的应用技术，通过成形性能、焊接性能、表面处理工艺三方面，分享如下：

1、成形性能

1）不同温度下的变形抗力见表1

表1  TC4钛合金不同温度下的变形抗力

2）典型锻造工艺规范见表2

表2  典型锻造工艺规范

3）板材成形工艺性能见表3

表3 板材成形工艺性能

4）板材超塑性能见表4。

表4 板材超塑性能

2、焊接性能

TC4钛合金可用氩弧焊、点焊、钎焊、电子束焊和等离子焊等多种方式进行焊接。焊接接头的强度与基体金属基本相当。

TC4钛合金焊接后在550℃~650℃进行去应力退火，可以消除70%~80%的焊接应力。板材零件焊接后的去应力退火，最好在真空炉或保护气氛炉中进行。

TC4钛合金具有良好的扩散连接特性。连接过程全部在真空中完成。典型的扩散连接工艺参数：加热温度为820℃~1040℃， 加压压力为35MPa~70MPa，保持时间为0.5h~6h。

3、热处理工艺

半成品或零件退火时，保温时间取决于截面厚度。截面厚度小于或等于10mm时， 保温时间不超过30min； 11mm~50mm时为30min~60min； 大于50mm时为1h~2h。

TC4钛丝材在相变点以下25℃~55℃范围内热处理综合性能较好，但固溶时效后的力学性能受淬火延迟时间影响较大，淬火延迟时间不超过10s。

零件热处理选用各种形式的电炉，处理前必须彻底清扫炉膛。采用煤气或油炉加热时，必须对炉内气氛进行严格控制，使其保持微氧化气氛，还要注意勿使燃烧喷嘴直接喷向零件。

真空退火前应清除零件表面的氧化皮和富氧层，入炉前还要认真除油。复杂形状的零件真空退火时必须采用夹具固定，以减少零件变形。人炉零件最好用预先除气的无氧化钛屑填满，以防止零件氧化。

4、表面处理工艺

为提高钛合金零件的疲劳强度，可进行表面喷丸处理。一般采用直径为2mm~5mm的钢丸， 能产生大约785MPa的表面压应力， 表面强化深度约为200μm。喷丸强化可显著提高TC4钛合金的疲劳强度。

为改善TC4钛合金的耐磨性能，在零件的易损部位，例如风扇叶片的阻尼台侧面，采用等离子或爆炸喷涂方法喷涂碳化钨、碳化铬等难熔质点涂层。这种方法还可用于钛合金零件已磨损部位的修补。

为避免钛合金零件在工作中发生擦伤和黏结，在有磨擦接触和螺纹组合的零件上，应进行阳极化、镀铬、化学镀镍或渗氮处理。

5、切削加工与磨削性能

TC4钛合金由于导热性差、化学活性高，切削加工时刀尖处温度升高较快，容易造成刀具磨损，应注意合理选择刀具材料和加工工艺参数。采用氯化冷却液可延长刀具寿命，改善加工表面质量。

铣削加工推荐采用高速钢和硬质合金螺旋立铣刀。硬质合金刀具材料应选用碳化钨类，不要选用碳化钛类。TC4饮合金钻深孔时难度较大，应针对被加工零件设计专用钻头，选择较大的顶角。当钻头直径大于6mm时，为便于排屑，应在切削刃部开分屑槽。

TC4钛合金磨削时容易产生烧伤、波纹及变形。建议选用绿色碳化硅磨轮，这种磨料与刚玉及其混合磨料比较，磨削性能好、金属去除量大、功率消耗小。采用中等疏松磨轮，有利于降低磨削区温度。磨削液最好选用水剂切削液。

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