TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強(qiáng)度及較好的韌性和焊接性等一系列優(yōu)點，在航空航天、石油化工、造船、汽車，醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用。凱澤金屬結(jié)合航空用TC4鈦合金絲、鈦靶材等產(chǎn)品特性，將TC4鈦合金的應(yīng)用技術(shù)，通過成形性能、焊接性能、表面處理工藝三方面，分享如下：
1、成形性能
1）不同溫度下的變形抗力見表1
表1 TC4鈦合金不同溫度下的變形抗力
| 變形溫度/℃ | 以下變形速率的最大變形抗力/MPa |
| 10-2/s-1 | 1/s-1 | 10/s-1 | 102/-1 |
| 700 | 354 | 476 | 514 | 556 |
| 800 | 171 | 323 | 357 | 384 |
| 900 | 25 | 184 | 204 | 243 |
| 1000 | 28 | 61 | 85 | 108 |
| 1100 | 14 | 35 | 60 | 68 |
2）典型鍛造工藝規(guī)范見表2
表2 典型鍛造工藝規(guī)范
| 鍛造類型 | 加熱溫度/℃ | 終鍛溫度/℃ | 一火變形量/% |
| 鑄錠開坯 | 1050~1200 | ≥850 | 30~60 |
| 坯料鍛造 | ≤100mm | 950~1000 | ≥800 | 40~70 |
| >100mm | 950~1050 | ≥800 | 40~70 |
| 壓力機(jī)模鍛 | 920~950 | ≥800 | 40~70 |
| 鍛錘模鍛 | 950~980 | ≥800 | 40~70 |
3）板材成形工藝性能見表3
表3 板材成形工藝性能
| θ/℃ | 極限拉深系數(shù) | 極限翻邊系數(shù) | 極限壓窩系數(shù) | 小彎曲半徑 |
| 20 | 1.2~1.5 | 1.3~1.5 | 5~7 | 3.5~5.0)δ |
| 650-800 | 1.3~1.5 | 1.45~1.75 | 10~14 | (2.3-4.0)δ |
4）板材超塑性能見表4。
表4 板材超塑性能
| 平均晶粒尺寸/um | ASTM級別 | 流變應(yīng)力/MPa | 應(yīng)變速率敏感指數(shù)m值 |
| 4 | 13 | 69 | 0.8 |
| 9 | 11 | 103 | 0.6 |
| 11 | 10 | 138 | 0.5 |
| 20 | 8 | 172 | 0.4 |
2、焊接性能
TC4鈦合金可用氬弧焊、點焊、釬焊、電子束焊和等離子焊等多種方式進(jìn)行焊接。焊接接頭的強(qiáng)度與基體金屬基本相當(dāng)。
TC4鈦合金焊接后在550℃~650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，可以消除70%~80%的焊接應(yīng)力。板材零件焊接后的去應(yīng)力退火，最好在真空爐或保護(hù)氣氛爐中進(jìn)行。
TC4鈦合金具有良好的擴(kuò)散連接特性。連接過程全部在真空中完成。典型的擴(kuò)散連接工藝參數(shù)：加熱溫度為820℃~1040℃， 加壓壓力為35MPa~70MPa，保持時間為0.5h~6h。
3、熱處理工藝
半成品或零件退火時，保溫時間取決于截面厚度。截面厚度小于或等于10mm時， 保溫時間不超過30min； 11mm~50mm時為30min~60min； 大于50mm時為1h~2h。
TC4鈦絲材在相變點以下25℃~55℃范圍內(nèi)熱處理綜合性能較好，但固溶時效后的力學(xué)性能受淬火延遲時間影響較大，淬火延遲時間不超過10s。
零件熱處理選用各種形式的電爐，處理前必須徹底清掃爐膛。采用煤氣或油爐加熱時，必須對爐內(nèi)氣氛進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其保持微氧化氣氛，還要注意勿使燃燒噴嘴直接噴向零件。
真空退火前應(yīng)清除零件表面的氧化皮和富氧層，入爐前還要認(rèn)真除油。復(fù)雜形狀的零件真空退火時必須采用夾具固定，以減少零件變形。人爐零件最好用預(yù)先除氣的無氧化鈦屑填滿，以防止零件氧化。
4、表面處理工藝
為提高鈦合金零件的疲勞強(qiáng)度，可進(jìn)行表面噴丸處理。一般采用直徑為2mm~5mm的鋼丸， 能產(chǎn)生大約785MPa的表面壓應(yīng)力， 表面強(qiáng)化深度約為200μm。噴丸強(qiáng)化可顯著提高TC4鈦合金的疲勞強(qiáng)度。
為改善TC4鈦合金的耐磨性能，在零件的易損部位，例如風(fēng)扇葉片的阻尼臺側(cè)面，采用等離子或爆炸噴涂方法噴涂碳化鎢、碳化鉻等難熔質(zhì)點涂層。這種方法還可用于鈦合金零件已磨損部位的修補(bǔ)。
為避免鈦合金零件在工作中發(fā)生擦傷和黏結(jié)，在有磨擦接觸和螺紋組合的零件上，應(yīng)進(jìn)行陽極化、鍍鉻、化學(xué)鍍鎳或滲氮處理。
5、切削加工與磨削性能
TC4鈦合金由于導(dǎo)熱性差、化學(xué)活性高，切削加工時刀尖處溫度升高較快，容易造成刀具磨損，應(yīng)注意合理選擇刀具材料和加工工藝參數(shù)。采用氯化冷卻液可延長刀具壽命，改善加工表面質(zhì)量。
銑削加工推薦采用高速鋼和硬質(zhì)合金螺旋立銑刀。硬質(zhì)合金刀具材料應(yīng)選用碳化鎢類，不要選用碳化鈦類。TC4鈦合金鉆深孔時難度較大，應(yīng)針對被加工零件設(shè)計專用鉆頭，選擇較大的頂角。當(dāng)鉆頭直徑大于6mm時，為便于排屑，應(yīng)在切削刃部開分屑槽。
TC4鈦合金磨削時容易產(chǎn)生燒傷、波紋及變形。建議選用綠色碳化硅磨輪，這種磨料與剛玉及其混合磨料比較，磨削性能好、金屬去除量大、功率消耗小。采用中等疏松磨輪，有利于降低磨削區(qū)溫度。磨削液最好選用水劑切削液。
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