一种钛合金零件的减重方法及其应用与流程

本发明涉及精密铸造和机械加工领域，具体而言，涉及一种钛合金零件的减重方法及其应用，更具体地，涉及一种钛合金零件的减重方法以及一种航空航天用钛合金精密制件的制备方法。

背景技术：

1、钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强、常温和高温力学性能良好等优点，是一种优质的结构和功能材料，钛合金铸件被广泛应用于航空航天领域。航空和航天领域对于铸件最重要的要求之一是精密化和轻量化，钛合金铸件经机械加工后，除尺寸精密要满足产品要求外，其重量也要满足最终的控制要求，否则将影响产品的性能。减重通常对铸件的非加工面进行打磨，从而对产品壁厚下限进行精确控制，如铸件产品整体壁厚设计要求为δ±0.5mm(δ为壁厚，钛合金铸件一般为2～3mm)，钛合金精密铸造工艺方法一般情况下可以满足壁厚设计要求和公差控制范围，但无法满足加工后重量控制要求。为满足产品的重量要求，需要将铸件壁厚精度控制在δ±0.1mm公差范围，甚至精度要求更高才能满足要求，通过铸造工艺将无法满足此高精度壁厚控制，通常由机械加工保证或钳工打磨。

2、但是，复杂结构产品，如存在较长的腔体，狭小和狭窄的腔体，盲腔、异形腔体、复杂曲面腔体的结构件，无法进行机械加工和钳工打磨进行产品减重，导致产品制造过程复杂且难度较大，典型产品如航空发动机机匣、航天飞行器进气保护罩、油箱、进气道等产品。并且，机械磨削需要工人长时间手持电动或气动打磨工具进行磨削，劳动强度大；需要耗费水、电、气、各种刀具和磨料等物料和能源，生产成本高；还极容易造成过减和薄品，导致产品报废。

3、现有技术中虽然公开了采用含有硝酸和氢氟酸的混合酸液对铸件进行酸洗的方法，但是该方法只能用于铸件表面氧化层的去除以及铸件毛坯阶段的重量去除，而无法用于铸件加工后的零件成品的减重，主要原因如下：首先，零件的机械加工表面不能与酸液接触，否则就会导致零件的加工尺寸超差，加工表面的表面状态受到破坏，粗糙度大；其次，酸洗工艺对于铸件来说，各部位的反应速率是完全不均匀的，不可能均匀的去除厚度，各部位的酸洗重量无法做到精确控制。

4、通常情况下，钛合金在含氢环境下加热或酸洗加工中会导致产品吸氢，h％增加和超标大概率会导致钛合金产品在后续加工和使用过程中发生“氢脆”，从而使产品开裂，失效风险大大增加。现有技术采用含有硝酸和氢氟酸的混合酸液对铸件进行酸洗的方法，反应过程会产生氢气，会导致产品吸氢。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种钛合金零件的减重方法，该方法可用于复杂结构零件的减重，简单易行，操作难度低，成本低，劳动强度低，不受操作空间影响。并且，该方法不会破坏零件的加工面，腐蚀厚度均匀，腐蚀面光滑。

2、本发明的第二目的在于提供一种航空航天用钛合金精密制件的制备方法。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、本发明提供了一种钛合金零件的减重方法，包括如下步骤：

5、将钛合金零件的非腐蚀区域覆盖后，置于氢氟酸中进行反应，待所述反应完成后取出所述钛合金零件，并进行高真空度除氢退火。

6、其中，所述氢氟酸的质量分数为0.08％～0.21％。

7、本发明还提供了一种航空航天用钛合金精密制件的制备方法，包括如上所述的钛合金零件的减重方法。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

9、(1)本发明提供的钛合金零件的减重方法可用于复杂结构零件的减重，例如航空发动机机匣、航天飞行器进气保护罩、油箱、进气道等，不受操作空间影响。

10、(2)本发明提供的钛合金零件的减重方法，简单易行，操作难度低，成本低，劳动强度低。

11、(3)本发明提供的钛合金零件的减重方法，不会破坏零件的加工面，加工尺寸和加工表面的光洁度均不受影响，并且各腐蚀部位的腐蚀厚度均匀，腐蚀后的表面光滑。

12、(4)本发明提供的钛合金零件的减重方法，可以精确控制氢氟酸的用量，大大降低了钛合金零件减薄和过减的风险。

13、(5)本发明通过对化学减重后的钛合金零件进行高真空度除氢退火，消除了减重过程中钛合金零件吸氢的危害，降低钛合金零件发生“氢脆”的风险，保证了其工艺过程的适用性。

技术特征：

1.一种钛合金零件的减重方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，所述氢氟酸的质量分数为0.09％～0.15％。

3.根据权利要求1所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，采用耐酸胶带覆盖所述钛合金零件的非腐蚀区域；

4.根据权利要求3所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，在所述覆盖之前，先对所述钛合金零件的表面进行清洁；

5.根据权利要求1所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，所述氢氟酸中的hf的质量mhf＝1.25m0k，其中，m0为所述钛合金零件的目标减重量，k为修正系数，k＝1.05～1.1。

6.根据权利要求1所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，所述反应的时间≥72h。

7.根据权利要求1所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，在所述反应的过程中，每隔0.5～70h取出所述钛合金零件并对其进行称重，判断是否减重完成；

8.根据权利要求1所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，所述钛合金零件包括经过机械加工后的铸件；

9.根据权利要求1所述的钛合金零件的减重方法，其特征在于，所述高真空度除氢退火的保温温度为500～800℃，保温时间为1～4h；

10.一种航空航天用钛合金精密制件的制备方法，包括如权利要求1～9任一项所述的钛合金零件的减重方法。

技术总结
本发明涉及精密铸造和机械加工领域，具体而言，涉及一种钛合金零件的减重方法及其应用。所述的钛合金零件的减重方法包括如下步骤：将钛合金零件的非腐蚀区域覆盖后，置于氢氟酸中进行反应，待所述反应完成后取出所述钛合金零件并进行高真空度除氢退火；其中，所述氢氟酸的质量分数为0.08％～0.21％。该方法可用于复杂结构零件的减重，简单易行，操作难度低，成本低，劳动强度低，不受操作空间影响。并且，该方法不会破坏零件的加工面，腐蚀厚度均匀，腐蚀面光滑。此外，反应后进行高真空度除氢退火处理消除了钛合金零件发生“氢脆”的风险。

技术研发人员：李弘,孟晓东,刘云超,薄煜,平常在,程永建,刘珍君
受保护的技术使用者：河北钢研德凯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14