一种钛合金加工处理方法与流程

本发明涉及钛合金结构件生产制造技术领域，特别涉及一种钛合金加工处理方法。

背景技术：

钛合金具有密度小、比强度高、耐高温和耐腐蚀等特点,是20世纪中叶发展起来的一类新型结构材料,已在许多领域特别是航空航天领域得到了广泛应用。如在飞机风扇叶片、压气机叶片、盘、轴、机匣、骨架、蒙皮、机身隔框和起落架大都需要钛合金；在航天工业中，使用钛及其合金制造燃料储箱、火箭发动机壳体、火箭喷嘴导管、人造卫星外壳等。所以,现代航空航天工业中钛被称为不可缺少的太空金属。近年来，航空用钛合金在国家需求的背景下发展迅速。二代机用钛用量不超过2％，三代机钛合金用量就迅速升到了15％。钛合金在航空领域的需求，一定程度上促成了目前我国钛合金需求量大、发展迅速的现状。

然而，航空航天领域钛合金结构件往往尺寸大、结构复杂、对称性差、加工去除量大，加工过程中容易在零件表面和内部产生残余应力，不均匀残余应力的存在会导致材料外形尺寸发生变化。因此，加工过程中的尺寸尺寸稳定性一直成为了钛合金零部件制造过程中的而瓶颈问题。传统定的零部件尺寸稳定化处理的方法一般有机械法(包括拉伸或压缩法、振动时效法和脉动法)、热处理法(包括恒温时效法、热时效法、反淬火法、形变热处理法等)、自然时效法以及磁场处理法等，各种方法的效果不尽相同。目前大部分钛合金结构件尺寸稳定化常用的解决方法是在加工过程中辅以多次时效处理和基准校正等工序，但这样做耗时费资，且产品生产周期较长，合格率较低，此外，时效温度过高容易对材料基本力学性能产生影响。所以探索新型的钛合金零件尺寸稳定化方法具有重要意义。

为降低合金及零部件的内应力，提高零部件的尺寸稳定性，50年代后半期前苏联就开始应用深冷循环处理方法，但由于当时低温条件的限制，其处理规范是冷却到-75～-95℃，然后加热到室温或退火(时效)温度，循环一到五次，但是有关上述处理的规范和效果的资料未能达成共识。然而，随着低温技术不断发展，获得更低温度更加容易，有力地推动了深冷处理技术的发展，深冷处理在降低材料及结构件宏观残余应力、改善尺寸稳定性方面的应用也得到了广泛的认同。

然而，深冷处理与传统热处理和传统加工工序的结合是影响最终尺寸稳定化效果的关键因素。传统方案没有全面考虑到这方面的作用，仅仅针对热处理后的钛合金进行深冷处理，无法有效实现钛合金尺寸稳定性的改性。

技术实现要素：

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种可保持钛合金加工过程的尺寸稳定性的钛合金加工处理方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种钛合金加工处理方法，包括下述步骤：

对钛合金进行一次退火处理；

对经一次退火处理后的钛合金进行二次退火处理；

对经两次退火处理后钛合金进行粗加工；

对经粗加工后的钛合金进行一次深冷处理；

对经一次深冷处理后的钛合金进行半精加工；

对经半精加工后的钛合金进行第二次深冷处理；

对经第二次深冷处理后的钛合金进行精加工。

在一些较佳的实施例中，在对钛合金进行一次退火处理的步骤中，所述一次退火处理的温度为650～850℃。

在一些较佳的实施例中，所述一次退火处理在空气炉、真空炉或气氛保护炉中进行，冷却方式为炉冷。

在一些较佳的实施例中，在对经一次退火处理后的钛合金进行二次退火处理的步骤中，所述二次退火处理的温度为650～850℃。

在一些较佳的实施例中，在对经粗加工后的钛合金进行一次深冷处理的步骤中，具体为：

将经粗加工后的钛合金于温度为-80～-180℃的温度条件下保温时间2～24小时；

再于温度为120～180℃的温度条件下进行低温回火，并保温2～24小时。

在一些较佳的实施例中，在所述低温回火中，升降温速率控制为1～5℃/min。

在一些较佳的实施例中，在对经粗加工后的钛合金进行第二次深冷处理的步骤中，具体为：

将经粗加工后的钛合金于温度为-80～-180℃的温度条件下保温时间2～24小时；

再于温度为120～180℃的温度条件下进行低温回火，并保温2～24小时。

在一些较佳的实施例中，在所述低温回火中，升降温速率控制为1～5℃/min。

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明提供的钛合金加工处理方法，对钛合金进行一次退火处理；对经一次退火处理后的钛合金进行二次退火处理；对经两次退火处理后钛合金进行粗加工；对经粗加工后的钛合金进行一次深冷处理；对经一次深冷处理后的钛合金进行半精加工；对经半精加工后的钛合金进行第二次深冷处理；对经第二次深冷处理后的钛合金进行精加工，本发明提供的钛合金加工处理方法，采用一次退火，二次退火，粗加工，一次深冷处理，半精加工，二次深冷循环处理到精加工的处理方案，本发明通过将钛合金退火处理和深冷处理与加工工序进行合理的配合，以实现最大程度释放钛合金零件制造环节各过程产生的残余应力，提高钛合金零件的尺寸稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一实施方式提供的钛合金加工处理方法的步骤流程图。

图2为一实施方式提供的钛合金加工处理方法的过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明提供了一种钛合金加工处理方法的步骤流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

本发明提供的钛合金加工处理方法，包括下述步骤：

步骤s110：对钛合金进行一次退火处理；

在一些较佳的实施例中，所述一次退火处理的温度为650～850℃。

在一些较佳的实施例中，所述一次退火处理在空气炉、真空炉或气氛保护炉中进行，冷却方式为炉冷。

步骤s120：对经一次退火处理后的钛合金进行二次退火处理；

在一些较佳的实施例中，所述二次退火处理的温度为650～850℃。

可以理解，通过对钛合金进行两次退火能够有效降低材料内部残余应力，提高原材料的尺寸稳定性。

步骤s130：对经两次退火处理后钛合金进行粗加工；

可以理解，在粗加工过程中，由于钛合金材料去除量大，零件表层材料去除过程中会产生加工应力，同时由于切削过程中温度梯度的存在会产生热应力，该过程产生的残余应力通过深冷处理能够得到有效降低，并且避免了加工后产品普通空气炉中时效产生氧化的情况。

步骤s140：对经粗加工后的钛合金进行一次深冷处理；

在一些较佳的实施例中，在对经粗加工后的钛合金进行一次深冷处理的步骤中，具体为：

步骤s141：将经粗加工后的钛合金于温度为-80～-180℃的温度条件下保温时间2～24小时；

步骤s142：再于温度为120～180℃的温度条件下进行低温回火，并保温2～24小时。

在一些较佳的实施例中，在所述低温回火中，升降温速率控制为1～5℃/min。

可以理解，由于一次深冷处理采用带有回火功能的深冷箱进行，深冷处理过程中包含了低温回火过程，通过深冷和回火的共同作用促使加工应力得到释放；此外，由于一次深冷处理采用带有回火功能的深冷处理设备实现，处理过程简单，材料不会产生氧化，从而保证材料表面状态完好。

步骤s150：对经一次深冷处理后的钛合金进行半精加工；

采用传统的车、铣等半精加工工艺，相对于粗加工切削量较大，半精加工切削量较少，具体步骤要根据实际零件的加工工序定。

可以理解，经一次深冷处理后对钛合金进行半精加工，根据钛合金零件尺寸留少量的余量。

步骤s160：对经半精加工后的钛合金进行第二次深冷处理；

第二次深冷处理的过程与一次深冷处理的步骤相同，这里不再赘述。

可以理解，经过两次深冷处理除了能够释放钛合金加工应力，同时能够提高钛合金的性能，避免了退火过程造成材料性能下降的情况，从而保证半精加工后零件的稳定性。

步骤s170：对经第二次深冷处理后的钛合金进行精加工。

可以理解，由于精加工切削过程去除量少，产生的残余应力较低，从而保证了最终产品的总体残余应力较低。

本发明提供的钛合金加工处理方法，采用一次退火，二次退火，粗加工，一次深冷处理，半精加工，二次深冷循环处理到精加工的处理方案，本发明通过将钛合金退火处理和深冷处理与加工工序进行合理的配合，以实现最大程度释放钛合金零件制造环节各过程产生的残余应力，提高钛合金零件的尺寸稳定性。

实施例

请参阅图2，为一实施方式提供的钛合金加工处理方法的过程示意图。

采用真空热处理或气氛炉对钛合金原材料进行一次退火处理，退火温度为650℃；在机加工前再次对钛合金原材料进行第二次退火处理，退火温度为650℃，以最大程度释放原材料本身的残余应力；退火处理后根据产品设计要去进行粗加工，粗加工后对工件进行深冷处理，深冷处理最低温度为-180℃，保温时间12小时，深冷保温结束后进行补充低温回火，回火温度为180℃，保温3小时，冷却方式为空冷，深冷处理过程中升降温速率为3℃/min；一次深冷处理后对工件进行半精加工，半精加工后进行二次深冷处理，深冷处理工艺同第一次；通过深冷处理最大程度降低加工过程产生的加工应力；二次深冷处理后对工件进行最终的精加工，经上述加工后的钛合金零件的尺寸稳定性高。

当然本发明的钛合金加工处理方法还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。