CN113909805B - Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 - Google Patents
Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113909805B CN113909805B CN202111109821.5A CN202111109821A CN113909805B CN 113909805 B CN113909805 B CN 113909805B CN 202111109821 A CN202111109821 A CN 202111109821A CN 113909805 B CN113909805 B CN 113909805B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin
- treatment
- wall workpiece
- titanium alloy
- workpiece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
本发明公开了一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,包括以下步骤:锻造坯料、冲孔、扩孔、固溶处理、深冷处理、退火处理、粗加工和半精加工、冷热循环处理、精加工、阶梯深冷处理。本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,通过两相区自由锻造后的TC4坯料的基体中存在大量亚稳态β相,通过深冷处理,促进亚稳态β相向α相的转变,同时细化组织晶粒,提高材料性能。依据在粗加工和半精加工过程中产生的大量残余应力的特点,通过冷热循环处理,使加工过程中产生的残余应力得以释放。以及,进行阶梯深冷处理,有助于降温均匀,避免产生新的应力,从而获得高精度,残余应力降至最低,组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属材料加工领域,特别地,涉及一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法。
背景技术
TC4钛合金(即Ti-6Al-4V)具有优异的耐蚀性、低密度、极高的比强度,以及较好的综合性能、工艺性能和低温韧性等一系列优点,在航空航天、石油化工、压力容器、汽车、医药等领域具有广泛应用,是目前用量最大的钛合金材料。随着航空航天等行业的飞速发展,TC4钛合金的使用量与日俱增,其热处理和机械加工工艺也日渐成熟,但依然面临诸如:容易黏刀、回弹量大、残余应力等问题,使得TC4钛合金材料的高精度零件,尤其是曲面薄壁件的机械加工受到普遍关注。
TC4钛合金属于α+β型钛合金,是典型的难加工材料之一,主要是因为:1)TC4钛合金的导热率很低,加工过程中产生大量切削热无法及时散出,造成切削温度升高,刀具磨损快;
2)切削应力大,使得切削刃容易磨损;3)切削摩擦系数大,切屑与前刀面的摩擦产生更多的热量,温度更高;4)高温时,TC4钛合金与空气中的氮、氢、氧发生化学反应,形成硬化层;5)TC4钛合金的弹性模量低,屈服强度高,使得切削加工时已加工面产生较大的回弹和变形,刀具后角磨损,与零件摩擦加剧。TC4钛合金的加工温度高、切削力大以及加工过程中的回弹和变形会严重影响工件加工精度,同时使工件产生较大的残余应力,这些残余应力在后期工件服役时会导致工件变形影响工件使用。
去除工件机械加工过程中产生的残余应力有多种方法。去应力退火是在不改变组织状态的条件下,对金属工件进行较低温度的退火,去除工件残余应力,减小工件变形,可以消除大部分残余应力。要进一步通过退火来消除残余应力,就需要将工件加热到更高的温度,但这又会带来组织变化,影响材料性能。深冷处理是20世纪60年代开始发展起来的一种新技术,通常是指以液氮为制冷剂,在-130℃以下温度对工件进行处理。深冷处理能在不降低工件硬度和强度的情况下,降低残余应力,并在一些情况下可以显著提高工件的韧性,稳定材料组织。深冷处理可有效提高钢铁材料、非铁金属及复合材料的力学性能和使用寿命,稳定尺寸,改善均匀性,减小变形,而且操作简便,不破坏工件,无污染,成本低,具有积极的应用前景和发展空间。深冷处理在一定条件下可以改善钛合金的组织,但是深冷处理对钛合金的影响与其状态相关,钛合金组织状态较难控制。
目前深冷技术在钛合金,尤其是TC4钛合金材料的高精度零件的机械加工中的应用还不太成熟,现有消除钛合金残余应力的方法主要还是采用退火处理,工艺方法单一,难以有效将工件残余应力降至最低,并且退火过程中还可能产生新的热应力,影响工件尺寸精度。而单一深冷工艺又难以起到像碳钢深冷处理那样的明显效果。因此,急需开发一种高精度、能最大限度降低残余应力、组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件加工方法。
发明内容
本发明提供了一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,以解决针对TC4钛合金曲面薄壁件,难以最大限度降低残余应力,无法保持组织和尺寸稳定的技术问题。
本发明采用的技术方案如下:
一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,包括以下步骤:
S1、锻造坯料:对TC4坯料进行两相区自由锻造,获得锻造坯料;
S2、冲孔、扩孔:将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔,获得锻造薄壁工件;
S3、固溶处理:将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理,获得薄壁工件a;
S4、深冷处理:将步骤S3的薄壁工件a进行深冷处理,获得薄壁工件b;
S5、退火处理:将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理,获得薄壁工件c;
S6、粗加工和半精加工:将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工,保留加工余量,获得薄壁工件d;
S7、冷热循环处理:将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理,以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力,获得薄壁工件e;
S8、精加工:对步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e进行精加工,获得薄壁工件f;
S9、阶梯深冷处理:对步骤S8精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
进一步地,步骤S8中先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹,以保证薄壁工件e受力均匀不变形,再对薄壁工件e进行精加工。
进一步地,夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具。
进一步地,步骤S9中阶梯深冷处理具体包括:降温至-80±5℃保温2h~6h,然后继续降温至-130±5℃,保温2h~6h,再降温至-190±6℃,保温6h~48h,最后升温至室温。
进一步地,降温的速率为0.5℃/min~3℃/min;升温的速率为0.5℃/min~3℃/min。
进一步地,步骤S7中冷热循环处理的循环次数为2~4次,冷热循环处理包括深冷处理和热处理,深冷处理的温度为-180℃~-196℃,保温时间为3h~24h,热处理的温度为160℃~200℃,保温时间为4h~24h。
进一步地,冷热循环处理采用先进行热处理,再进行深冷处理,完成一次冷热循环处理,以此类推,直至完成所有冷热循环处理。
进一步地,步骤S4中深冷处理包括:采用液氮作为冷却介质,将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理;深冷处理的温度为-180℃~-196℃,降温速率为0.5℃/min~3℃/min,保温时间为6~48h。
进一步地,步骤S1中自由锻造的温度为820℃~920℃;和/或,步骤S3中固溶热处理的温度为900℃~960℃,保温时间为90min~300min。
进一步地,步骤S5中退火处理的温度为550℃~700℃,退火时间为2h~12h;和/或,步骤S6中加工余量为0.2mm~0.8mm。
本发明具有以下有益效果:
本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,包括以下步骤:锻造坯料、冲孔、扩孔、固溶处理、深冷处理、退火处理、粗加工和半精加工、冷热循环处理、精加工、阶梯深冷处理,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。将TC4坯料通过自由锻造、冲孔、扩孔的方式得到锻造薄壁工件,减少加工过程中的切削量,节约材料,减少加工时间,并使得TC4钛合金高精度曲面薄壁件的整体性能得到提升。而且,通过两相区自由锻造后的TC4坯料的基体中存在大量亚稳态β相,通过深冷处理,促进亚稳态β相向α相的转变,同时细化组织晶粒,提高材料性能。依据在粗加工和半精加工过程中产生的大量残余应力的特点,对薄壁工件d进行冷热循环处理,使加工过程中产生的残余应力得以释放,最大限度消除薄壁工件d残余应力。以及,对精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理,有助于薄壁工件f降温均匀,避免薄壁工件f降温过程中产生新的应力,从而获得高精度,残余应力降至最低,组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法的流程图;
图2是经过固溶处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图,
图3是经过固溶处理、深冷处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图;以及
图4是TC4钛合金进行冷热循环处理过程中的显微硬度变化图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法的流程图;图2是经过固溶处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图,图3是经过固溶处理、深冷处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图;图4是TC4钛合金进行冷热循环处理过程中显微硬度变化图。
如图1所示,本实施例的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,包括以下步骤:
S1、锻造坯料:对TC4坯料进行两相区自由锻造,获得锻造坯料;
S2、冲孔、扩孔:将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔,获得锻造薄壁工件;
S3、固溶处理:将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理,获得薄壁工件a;
S4、深冷处理:将步骤S3的薄壁工件a进行深冷处理,获得薄壁工件b;
S5、退火处理:将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理,获得薄壁工件c;
S6、粗加工和半精加工:将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工,保留加工余量,获得薄壁工件d;
S7、冷热循环处理:将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理,以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力,获得薄壁工件e;
S8、精加工:对步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e进行精加工,获得薄壁工件f;
S9、阶梯深冷处理:对步骤S8精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,包括以下步骤:锻造坯料、冲孔、扩孔、固溶处理、深冷处理、退火处理、粗加工和半精加工、冷热循环处理、精加工、阶梯深冷处理,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。将TC4坯料通过自由锻造、冲孔、扩孔的方式得到锻造薄壁工件,减少加工过程中的切削量,节约材料,减少加工时间,并使得TC4钛合金高精度曲面薄壁件的整体性能得到提升。而且,通过两相区自由锻造后的TC4坯料的基体中存在大量亚稳态β相,通过深冷处理,促进亚稳态β相向α相的转变,同时细化组织晶粒,提高材料性能。依据在粗加工和半精加工过程中产生的大量残余应力的特点,对薄壁工件d进行冷热循环处理,使加工过程中产生的残余应力得以释放,最大限度消除薄壁工件d残余应力。以及,对精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理,有助于薄壁工件f降温均匀,避免薄壁工件f降温过程中产生新的应力,从而获得高精度,残余应力降至最低,组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件。
上述TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,根据不同状态下TC4钛合金的特点,分别采用不同处理方式,分阶段处理不同时期的TC4钛合金存在的问题,以实现最大限度促进β相向α相的转变,细化组织晶粒,降低残余应力。针对两相区自由锻造(即热变形)后TC4钛合金存在大量亚稳态β相的特点,对锻造工件采用固溶处理、深冷处理和退火处理的组合方式,促进亚稳态β相转变充分,使组织更加稳定,同时可以细化晶粒,提高材料性能。对于粗加工和半精加工后的薄壁工件d,由于TC4钛合金切削力大、回弹大、切削温度高,加工后的薄壁工件d存在较大的残余应力,此时采用冷热循环处理处理,即多次冷热交替循环处理,使薄壁工件d内的残余应力松弛而达到消除残余应力的目的。
本实施例中,步骤S8中先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹,以保证薄壁工件e受力均匀不变形,再对薄壁工件e进行精加工。在工件精加工时,采用步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹,夹具贴合薄壁工件e结构曲面,再进行精加工处理,减小薄壁工件e精加工过程中的变形。在精加工完成后将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理,稳定薄壁工件f尺寸,避免薄壁工件f在卸载和阶梯深冷处理过程中产生变形。
本实施例中,夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具。以避免夹具的材料与TC4钛合金膨胀系数差异,导致产生额外应力。
本实施例中,步骤S9中阶梯深冷处理具体包括:降温至-80±5℃保温2h~6h,然后继续降温至-130±5℃,保温2h~6h,再降温至-190±6℃,保温6h~48h,最后升温至室温。将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理。阶梯深冷处理,有助于薄壁工件f降温均匀,避免薄壁工件f降温过程中产生新的应力。利用阶梯深冷处理使薄壁工件f尺寸稳定,提高精度。上述降温分别经过-80±5℃、-80±5℃、-190±6℃,三个阶段,以使得薄壁工件f在降温过程中平稳过渡。
本实施例中,降温的速率为0.5℃/min~3℃/min。升温的速率为0.5℃/min~3℃/min。上述降温的速率均为0.5℃/min~3℃/min,即缓慢降温,使得薄壁工件f降温均匀,避免局部存在温差而产生新应力的现象。
本实施例中,步骤S7中冷热循环处理的循环次数为2~4次,冷热循环处理包括深冷处理和热处理,深冷处理的温度为-180℃~-196℃,保温时间为3h~24h,热处理的温度为160℃~200℃,保温时间为4h~24h。上述步骤S7对薄壁工件d进行冷热循环处理,使得薄壁工件d的内部残余应力松弛,以消除机械加工过程中的残余应力。
优选地,冷热循环处理采用先进行热处理,再进行深冷处理,完成一次冷热循环处理,以此类推,直至完成所有冷热循环处理。更优选地,冷热循环处理的循环次数为3次。
参见表1的热处理和深冷处理对残余应力的影响,其中,原始为未进行冷热循环处理的样品,热处理为仅进行热处理的样品,深冷处理12h+热处理为先深冷处理12h后再进行热处理,热处理+深冷处理12h为先热处理后再深冷处理12h。由表1可知,经过热处理、深冷处理可以将薄壁工件d表面机械加工的残余应力去除90%以上,并且深冷处理和热处理的组合顺序,对去除残余应力效果影响大,先经过热处理后再进行深冷处理的方式去除残余应力效果最佳。
表1热处理、深冷处理对表面残余应力的影响
上述步骤S7的冷热循环处理实际上为深冷处理与热处理的组合,通过冷热循环处理可以稳定TC4钛合金组织,同时去除残余应力。冷热循环过程中,热处理后薄壁工件d的硬度会降低,深冷处理后薄壁工件d的硬度会升高,但是随着循环次数增加,薄壁工件d的硬度随冷热循环处理的波动幅度逐渐减小,这说明TC4钛合金组织在冷热循环过程中逐渐趋于稳定,有利于TC4钛合金高精度曲面薄壁件在加工和服役过程中尺寸的稳定,提高精度及稳定性。具体参见图4,图4中原始为未进行冷热循环处理的样品、H1C0为仅进行第一次热处理的样品、H1C1为进行热处理和深冷处理的一次冷热循的样品、H2C1为第一次冷热循环处理后,进行第二次热处理的样品、H2C2为进行热处理和深冷处理的两次冷热循的样品、H3C2为两次冷热循环处理后、进行第三次热处理的样品、H3C3为进行热处理和深冷处理的三次冷热循的样品、H4C3为三次冷热循环处理后,进行第四次热处理的样品、H4C4为进行热处理和深冷处理的四次冷热循的样品的显微硬度的变化。
本实施例中,步骤S4中深冷处理包括:采用液氮作为冷却介质,将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理;深冷处理的温度为-180℃~-196℃,降温速率为0.5℃/min~3℃/min,保温时间为6~48h。采用液氮作为冷却介质在深冷箱中进行深冷处理,经过降温速率为0.5℃/min~3℃/min,降温至-180℃~-196℃,此温度下保温时间为6~48h,以细化薄壁工件a的内部组织晶粒尺寸,改善TC4钛合金的性能。前期的预实验发现,通过固溶处理、深冷处理、退火处理三种组合的处理方式,可以调控组织以获得更优的性能,与传统处理方式(固溶处理和退火处理,缺少深冷处理)相比,通过扫描电镜分析二者的微观结构,如图2和图3所示,其析出的片层组织(如图3所示)厚度比传统处理得到片层组织(如图2所示)大一些,有利于提升钛合金的疲劳性能。
本实施例中,步骤S1中自由锻造的温度为820℃~920℃。和/或,步骤S3中固溶热处理的温度为900℃~960℃,保温时间为90min~300min。
本实施例中,步骤S5中退火处理的温度为550℃~700℃,退火时间为2h~12h。和/或,步骤S6中加工余量为0.2mm~0.8mm。上述步骤S5中退火处理的温度为550℃~700℃,以进一步促进β相向α相的转变,稳定薄壁工件的内部组织。上述步骤S6中加工余量为0.2mm~0.8mm,当加工余量过大,精加工时切削力大导致发生大变形;当加工余量过小,会导致精加工时切削层主要为硬化层,影响加工质量。
实施例
实施例1
S1、锻造坯料:对TC4坯料进行两相区自由锻造,始锻温度920℃,终锻温度850℃,获得锻造坯料;
S2、冲孔、扩孔:将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔,获得锻造薄壁工件;
S3、固溶处理:将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理,固溶热处理的温度为960℃,保温时间为90min,获得薄壁工件a;
S4、深冷处理:采用液氮作为冷却介质,将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理,深冷处理的温度为-190±6℃,降温速率为0.5℃/min,保温时间为6h,获得薄壁工件b;
S5、退火处理:将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理,退火处理的温度为550℃,退火时间为2h,获得薄壁工件c;
S6、粗加工和半精加工:将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工,保留加工余量为0.8mm,获得薄壁工件d;
S7、冷热循环处理:将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理,冷热循环处理的循环次数为2次,冷热循环处理包括深冷处理和热处理,深冷处理的温度为-190±6℃,降温速率为0.5℃/min,保温时间为3h,热处理的温度为160℃,升温速率为0.5℃/min,保温时间为4h,以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力,获得薄壁工件e;
S8、精加工:先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹,以保证薄壁工件e受力均匀不变形,夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具,再对薄壁工件e进行精加工,获得薄壁工件f;
S9、阶梯深冷处理:将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理,降温至-80±5℃保温2h,然后继续降温至-130℃,保温2h,再降温至-190±6℃,保温6h,降温速率为0.5℃/min,最后升温至室温,升温速率为0.5℃/min,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
实施例2
S1、锻造坯料:对TC4坯料进行两相区自由锻造,始锻温度880℃,终锻温度820℃,获得锻造坯料;
S2、冲孔、扩孔:将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔,获得锻造薄壁工件;
S3、固溶处理:将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理,固溶热处理的温度为930℃,保温时间为180min,获得薄壁工件a;
S4、深冷处理:采用液氮作为冷却介质,将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理,深冷处理的温度为-190±6℃,降温速率为2℃/min,保温时间为12h,获得薄壁工件b;
S5、退火处理:将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理,退火处理的温度为600℃,退火时间为6h,获得薄壁工件c;
S6、粗加工和半精加工:将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工,保留加工余量为0.5mm,获得薄壁工件d;
S7、冷热循环处理:将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理,冷热循环处理的循环次数为3次,冷热循环处理包括深冷处理和热处理,深冷处理的温度为-190±6℃,降温速率为2℃/min,保温时间为12h,热处理的温度为180℃,升温速率为2℃/min,保温时间为12h,以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力,获得薄壁工件e;
S8、精加工:先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹,以保证薄壁工件e受力均匀不变形,夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具,再对薄壁工件e进行精加工,获得薄壁工件f;
S9、阶梯深冷处理:将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理,降温至-80±5℃保温4h,然后继续降温至-130±5℃,保温4h,再降温至-190±6℃,保温24h,降温速率为2℃/min,最后升温至室温,升温速率为2℃/min,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
实施例3
S1、锻造坯料:对TC4坯料进行两相区自由锻造,始锻温度900℃,终锻温度850℃,获得锻造坯料;
S2、冲孔、扩孔:将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔,获得锻造薄壁工件;
S3、固溶处理:将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理,固溶热处理的温度为900℃,保温时间为300min,获得薄壁工件a;
S4、深冷处理:采用液氮作为冷却介质,将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理,深冷处理的温度为-180℃,降温速率为3℃/min,保温时间为48h,获得薄壁工件b;
S5、退火处理:将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理,退火处理的温度为700℃,退火时间为12h,获得薄壁工件c;
S6、粗加工和半精加工:将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工,保留加工余量为0.2mm,获得薄壁工件d;
S7、冷热循环处理:将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理,冷热循环处理的循环次数为4次,冷热循环处理包括深冷处理和热处理,深冷处理的温度为-180℃,降温速率为4℃/min,保温时间为24h,热处理的温度为200℃,升温速率为4℃/min,保温时间为24h,以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力,获得薄壁工件e;
S8、精加工:先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹,以保证薄壁工件e受力均匀不变形,夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具,再对薄壁工件e进行精加工,获得薄壁工件f;
S9、阶梯深冷处理:将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理,降温至-80±5℃保温6h,然后继续降温至-130±5℃,保温6h,再降温至-190±6℃,保温48h,降温速率为3℃/min,最后升温至室温,升温速率为3℃/min,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、锻造坯料:对TC4坯料进行两相区自由锻造,获得锻造坯料;
S2、冲孔、扩孔:将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔,获得锻造薄壁工件;
S3、固溶处理:将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理,获得薄壁工件a;
S4、深冷处理:将步骤S3的薄壁工件a进行深冷处理,获得薄壁工件b,其中,深冷处理采用液氮作为冷却介质,包括将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理;深冷处理的温度为-180℃~-196℃,降温速率为0.5℃/min~3℃/min,保温时间为6~48h;
S5、退火处理:将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理,获得薄壁工件c;
S6、粗加工和半精加工:将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工,保留加工余量,获得薄壁工件d;
S7、冷热循环处理:将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理,以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力,获得薄壁工件e,其中,冷热循环处理的循环次数为2~4次,冷热循环处理包括深冷处理和热处理,深冷处理的温度为-180℃~-196℃,保温时间为3h~24h,热处理的温度为160℃~200℃,保温时间为4h~24h;
S8、精加工:对步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e进行精加工,获得薄壁工件f;
S9、阶梯深冷处理:对步骤S8的薄壁工件f进行阶梯深冷处理,获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件,其中,阶梯深冷处理包括降温至-80±5℃保温2h~6h,然后继续降温至-130±5℃,保温2h~6h,再降温至-190±6℃,保温6h~48h,最后升温至室温。
2.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,其特征在于,
步骤S8中先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹,以保证薄壁工件e受力均匀不变形,再对薄壁工件e进行精加工。
3.根据权利要求2所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,其特征在于,
夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具。
4.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,其特征在于,
降温的速率为0.5℃/min~3℃/min;
升温的速率为0.5℃/min~3℃/min。
5.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,其特征在于,
冷热循环处理采用先进行热处理,再进行深冷处理,完成一次冷热循环处理,以此类推,直至完成所有冷热循环处理。
6.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,其特征在于,
步骤S1中自由锻造的温度为820℃~920℃;和/或
步骤S3中固溶热处理的温度为900℃~960℃,保温时间为90min~300min。
7.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法,其特征在于,
步骤S5中退火处理的温度为550℃~700℃,退火时间为2h~12h;和/或
步骤S6中加工余量为0.2mm~0.8mm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111109821.5A CN113909805B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111109821.5A CN113909805B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113909805A CN113909805A (zh) | 2022-01-11 |
CN113909805B true CN113909805B (zh) | 2022-12-09 |
Family
ID=79235555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111109821.5A Active CN113909805B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113909805B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114850887B (zh) * | 2022-05-27 | 2023-06-02 | 中南大学 | 受损回转体零件增材修复与强化方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04214842A (ja) * | 1990-01-19 | 1992-08-05 | Nisshin Steel Co Ltd | 加工性に優れた高強度ステンレス鋼 |
CN103240575A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-14 | 西安北方光电科技防务有限公司 | 一种用于提高薄片环状钛合金齿轮零件加工精度的方法 |
CN106367703A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-01 | 无锡派克新材料科技股份有限公司 | Tc4钛合金锻件的热处理工艺 |
CN107855743A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-30 | 陕西启源科技发展有限责任公司 | 钛合金高精度薄壁圆环齿轮加工方法 |
CN108374135A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-08-07 | 江苏大学 | 一种提高tc6钛合金强度及高温稳定性的加工工艺 |
CN108480418A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-09-04 | 江苏大学 | 一种高强度tc6钛合金薄板的制备方法 |
JP2019060001A (ja) * | 2017-09-27 | 2019-04-18 | Ntn株式会社 | 熱処理方法 |
-
2021
- 2021-09-23 CN CN202111109821.5A patent/CN113909805B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04214842A (ja) * | 1990-01-19 | 1992-08-05 | Nisshin Steel Co Ltd | 加工性に優れた高強度ステンレス鋼 |
CN103240575A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-14 | 西安北方光电科技防务有限公司 | 一种用于提高薄片环状钛合金齿轮零件加工精度的方法 |
CN106367703A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-01 | 无锡派克新材料科技股份有限公司 | Tc4钛合金锻件的热处理工艺 |
JP2019060001A (ja) * | 2017-09-27 | 2019-04-18 | Ntn株式会社 | 熱処理方法 |
CN107855743A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-03-30 | 陕西启源科技发展有限责任公司 | 钛合金高精度薄壁圆环齿轮加工方法 |
CN108480418A (zh) * | 2018-03-19 | 2018-09-04 | 江苏大学 | 一种高强度tc6钛合金薄板的制备方法 |
CN108374135A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-08-07 | 江苏大学 | 一种提高tc6钛合金强度及高温稳定性的加工工艺 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Subzero tensile properties of 7010 aluminium alloy and Ti-6AL-4V and IMI550 titanium alloys in sheet form;Binning,M.S;Partridge,P.G;《Cryogenics》;19840201(第24期);全文 * |
深冷处理对TC4、TC18钛合金板材室温性能的影响;郑会会;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅰ辑)》;20191231;全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113909805A (zh) | 2022-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sonar et al. | Cryogenic treatment of metal–a review | |
CN109112449B (zh) | 一种消除铝合金模锻件残余应力的方法 | |
KR101847667B1 (ko) | 고강도 알파/베타 티타늄 합금 패스너 및 패스너 스톡 | |
CN113909805B (zh) | Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 | |
CN108559934B (zh) | 一种tc6钛合金锻件的深冷处理工艺 | |
CN111549259B (zh) | 一种镍钴基高温合金涡轮盘及其制备方法 | |
CN113564504B (zh) | 一种对大尺寸gh4738合金锻件进行快速时效的热处理工艺 | |
CN111270178A (zh) | 一种gh4169合金的高效节能热处理工艺 | |
CN111346942B (zh) | 一种镍钛形状记忆合金高强度丝材加工方法 | |
KR20150095613A (ko) | 티타늄 합금들을 프로세싱하기 위한 방법들 | |
CN107322237A (zh) | 一种高温合金螺栓的加工工艺 | |
Singh et al. | Enhancement of tool material machining characteristics with cryogenic treatment: A review | |
CN115627430B (zh) | 改善高温钛合金锻坯晶粒尺寸及取向分布均匀性的方法 | |
CN114346141B (zh) | 一种制备弱α织构钛合金锻件的多段热加工方法 | |
CN111926273B (zh) | 一种高强高韧h62黄铜的组合加工方法 | |
JP3717294B2 (ja) | エンジン用排気弁の成形方法 | |
Chaudhari et al. | Advanced technology of cryoprocessing for the enhancement of tool material machining characteristics: A Review | |
CN115584456B (zh) | 一种钛及钛合金的球阀球体表面的硬化方法 | |
CN114871286A (zh) | 一种钛合金紧固件的成形和强化处理方法 | |
CN114029437B (zh) | 甩侧凹工装及提高tc4特级盘件锻件组织均匀性的方法 | |
CN115627387B (zh) | 一种高强度TiZr基合金及其制备方法 | |
CN114029438B (zh) | 一种提高tc4特级盘类锻件组织均匀性的制备方法 | |
CN116875919A (zh) | 一种减小7075铝合金残余应力的热处理方法 | |
CN114411071A (zh) | 一种消减铝合金材料淬火残余应力的处理方法及铝合金材料 | |
CN112458257A (zh) | 一种铝型材挤压模具钢的热处理工艺 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Yuelu District City, Hunan province 410083 Changsha Lushan Road No. 932 Patentee after: CENTRAL SOUTH University Patentee after: Hunan Xingtu Aerospace and Spacecraft Manufacturing Co.,Ltd. Address before: Yuelu District City, Hunan province 410083 Changsha Lushan Road No. 932 Patentee before: CENTRAL SOUTH University Patentee before: AVIC POWER ZHUZHOU AVIATION PARTS MANUFACTURING Co.,Ltd. |