高清可复制 HB/Z 412-2013(2017) 钛合金零件化学铣切工艺

　　ICS 49.040 V 18

　　HB/Z 412-2013

　　钛合金零件化学铣切工艺

　　Chemical milling of titanium alloy parts

　　2013-04-25 发布 2013-09-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本指导性技术文件按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。

　　本指导性技术文件由中国航空综合技术研究所归口。

　　本指导性技术文件起草单位：中国航空综合技术研究所、北京航空制造工程研究所、沈阳飞机工业(集团)有限责任公司、成都飞机工业(集团)有限责任公司。

　　本指导性技术文件主要起草人：朱彦海、皮付见、沙春鹏、梁 勇、王力强。

　　钛合金零件化学铣切工艺

　　1 范围

　　本指导性技术文件规定了钛合金零件化学铣切(以下简称化铣)工艺的材料、设备、工艺过程控制、溶液配制、溶液维护及调整、质量控制、人员及安全等要求。

　　本指导性技术文件适用于 TC1、TC2、TC4、TA15 钛合金材料零件的化学铣切加工，其他钛合金材料零件化学铣切可参照使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 337.2 工业硝酸 稀硝酸

　　GB/T 3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分

　　GB 5749 生活饮用水卫生标准

　　GB/T 7744 工业氢氟酸

　　GB/T 13277 一般用压缩空气质量等级

　　GB/T 15963 十二烷基硫酸钠

　　HB 5226 金属材料和零件水基清洗剂技术条件

　　HB 5453 铝合金化铣保护涂料规范

　　HB 7786 零件化学铣切精度和表面粗糙度的一般要求

　　HB/Z 344 钛合金酸洗工艺及质量检验

　　3 材料与专用设备要求

　　3.1 钛合金化铣采用的主要材料见表 1。

　　表 1 材料

　　3.2 采用的主要专用设备和工具见表 2。

　　表 2 专用设备和工具

　　4 工艺控制要求

　　4.1 工艺流程

　　化铣典型工艺流程如图 1 所示。

　　4.2 化铣前零件验收

　　化铣前零件验收要求如下：

　　a) 除零件图样有特殊规定外，零件上不应有毛刺、锐边和尖角;

　　b) 钣金零件周边应留 30mm～50mm 的工艺余量;

　　c) 化铣零件的表面应无油漆、油污、氧化皮和其他脏物;

　　d) 化铣零件不应有超过原材料标准规定的划痕、碰伤、压坑或超过图样规定的擦伤、压伤及金属和非金属压入物、针孔、裂纹、轧制痕迹等;

　　e) 零件化铣区域厚度偏差应不大于图样允许的公差;

　　f) 零件上的定位孔应与化铣样板协调。

　　图 1 化铣典型工艺流程4.3 前处理

　　4.3.1 典型工艺流程

　　前处理典型工艺流程如图 2 所示。

　　图 2 前处理典型工艺流程

　　4.3.2 有机溶剂清除局部污物

　　零件或材料表面油漆、标记或重度油污应用有机溶剂(如航空洗涤汽油、三氯乙烯、丙酮等)去除。

　　4.3.3 除油

　　油污、污物可用满足 HB 5226 要求的水基清洗剂去除，也可用其他化学除油液去除。

　　4.3.4 水洗

　　流动水清洗干净。水质应符合 GB 5749 的要求。

　　4.3.5 除油检验

　　采用水膜法检验除油质量。

　　4.3.6 酸洗

　　若零件表面存在氧化膜，酸洗及检验按 HB/Z 344 要求执行。

　　4.4 化铣保护涂料涂敷

　　4.4.1 典型工艺流程

　　在涂敷保护涂料前应再次检验零件表面状态，确认表面清洁后方可涂敷涂料，否则应重新进行前处理。涂敷化铣保护涂料典型工艺流程如图 3 所示。

　　图 3 涂敷化铣保护涂料典型工艺流程

　　4.4.2 化铣保护涂料涂敷

　　化铣保护涂料可采用喷涂、刷涂、浸涂、辊涂等方法涂敷，具体要求：

　　a) 满足 HB 5453 技术要求的化铣保护涂料均可使用;

　　b) 涂敷方法和条件参照涂料使用说明书执行;

　　c) 保护胶膜厚度应控制在 0.2mm～0.4mm 之间，胶膜厚度可用涡流测厚仪测量;

　　d) 保护涂料涂敷的次数应不少于 3 次，每涂一层，应待保护涂料表面干后再涂下一层，相邻两层保护涂料采取相互垂直方向涂敷，直到保护胶膜达到要求的厚度。

　　4.4.3 干燥

　　按所选保护涂料干燥技术条件要求进行干燥。

　　4.4.4 检查

　　目测检查保护胶膜是否存在针孔、气泡、擦伤等缺陷， 针孔缺陷亦可用高频漏电检测仪检查。保护

　　胶膜若有缺陷，应修补合格。

　　4.5 刻形

　　4.5.1 手工刻形

　　手工刻形应满足以下要求：

　　a) 样板与零件定位应牢固;

　　b) 刻形刀具应锋利，刻线过程中一个图形宜一次完成，刀具垂直于化铣零件，紧密贴合样板，力度要适当，应刻透保护层，勿划伤零件;

　　c) 清除保护胶膜时应注意图形边缘是否刻透，确保图形及保护层的完好、完整;

　　d) 目视检查图形边缘胶膜，若胶膜粘接不牢，则清除该部位胶膜，重新涂敷保护涂料，然后再刻形。

　　手工刻形典型工艺流程如图 4 所示。

　　图 4 手工刻形典型工艺流程

　　4.5.2 激光刻形

　　若基体合金无热影响区，可采用激光刻形。

　　激光刻形(雕刻)机的输出功率应根据保护涂料品种和厚度做相应调整，使激光束的能量既可刻透保护胶膜又不伤及基体材料。

　　4.6 铣切

　　4.6.1 典型工艺流程

　　铣切典型工艺流程如图 5 所示。

　　图 5 铣切典型工艺流程4.6.2 工艺参数

　　铣切工艺参数见表 3。

　　表 3 铣切工艺参数

　　4.6.3 装挂

　　装挂技术要求如下：

　　a) 化铣零件应垂直装挂，如确需水平装挂，化铣面应向上;

　　b) 复杂型面零件装挂时应避免产生气袋;

　　c) 装挂应牢固;

　　d) 薄壁零件宜保证零件能垂直浸入化铣槽，不应产生漂浮或碰撞其他零件、槽壁;

　　e) 零件与零件之间、零件与槽壁之间间距应不小于 200mm;

　　f) 单面化铣零件可采用背对背方式放置。

　　4.6.4 测量铣切速度

　　用零件或与零件同批材料制作的试片测量铣切速度。

　　4.6.5 计算铣切时间

　　按公式(1)计算铣切时间。

　　d

　　t= …………………………………………………(1)

　　v

　　式中：

　　t ——铣切时间，单位为分钟(min);

　　d ——铣切深度，单位为毫米(mm);

　　v ——单面铣切速度，单位为毫米每分钟(mm/min)。

　　4.6.6 铣切方法

　　4.6.6.1 全表面化铣

　　全表面化铣指从零件各个表面均匀地去除多余的材料，应满足以下要求：

　　a) 零件上存在的凹坑、划痕、焊缝、孔、螺纹、已抛光表面和最终尺寸的部位， 应在化铣前加以保护;

　　b) 应根据需要定时调换零件在化铣槽中的位置和方向。

　　4.6.6.2 单台阶化铣

　　单台阶化铣应满足以下要求：

　　a) 化铣过程中应适度搅拌溶液，保证槽液浓度与温度均匀;

　　b) 零件垂直化铣时，上下位置应定期旋转 180˚ ;

　　c) 化铣时间达到计算时间的 70%～90%时，取出零件，测量厚度，然后计算剩余厚度的化铣时间，再次化铣，直至达到图样要求的厚度;

　　d) 不同材质、热处理状态的零件不应同槽化铣;

　　e) 化铣过程中测量尺寸或旋转零件装挂位置时，若发现零件化铣区表面异常粗糙，可预留出不大于 0.05mm～0.1mm 厚度的余量用于机械修复。

　　4.6.6.3 多台阶化铣

　　多台阶化铣零件如图 6 所示，可采用以下两种方法：

　　a) 方法一：按铣切深度由深至浅的顺序依次进行刻形、清除化铣区保护胶膜、化铣， 直至完成所有台阶的化铣。每步铣切量是相邻两台阶厚度差(如第一次化铣的铣切深度 h =d2-d1)，每步化铣都应执行 4.5 和 4.6.6.2 规定的过程并严格控制每步的加工精度。

　　b) 方法二：依次刻划不同铣切深度区域的化铣轮廓线，首先清除最深铣切区域的胶膜，然后，用线密封胶带或线密封剂封闭其他化铣区域的刻形线，进行化铣。当铣切深度达到相邻两台阶的厚度差时，取出零件，清除第二个深度区域的线密封胶和胶膜，继续化铣。直到完成所有台阶的化铣。采用线密封胶带保护刻形线， 最大铣切深度依据线密封胶带或线密封剂耐腐蚀溶液浸泡时间而定。

　　图 6 多台阶化铣示意

　　4.6.6.4 锥度化铣

　　锥度化铣方法适用于加工小锥度零件，锥形零件可采用以下两种化铣方法加工：

　　a) 方法一：沿锥度的长度方向等分若干段，按多台阶化铣的方式铣切，化铣后每段厚度应略大于或等于该锥段的最小厚度，然后，采用机械加工方法使其平滑过渡，如图 7 所示;

　　b) 方法二：用调速吊车反复把零件匀速浸入和提出化铣溶液，以形成需要的锥度。

　　图 7 锥度化铣方法一示意

　　4.6.7 水洗

　　零件用流动水清洗干净后，可在不超过 80℃的水中进行最后清洗。水质应符合 GB 5749 的要求。

　　4.6.8 干燥

　　应用自然干燥、压缩空气吹干或不超过 120℃的热风烘干。压缩空气应符合 GB/T 13277 的要求。

　　4.7 除胶

　　剥去背面胶膜时，若化铣区剩余材料厚度不大于 1mm，用力方向不应垂直于零件表面方向，以防止零件变形。

　　4.8 检验与缺陷处理

　　4.8.1 检验

　　4.8.1.1 检验项目

　　钛合金零件化铣常规检验包括外观检验、尺寸检验、粗糙度检验和批次氢含量检验。非常规检验包括晶间腐蚀、力学性能检验等。除非采用新的化铣工艺或有特殊说明，可以不进行非常规检验项目检验。

　　4.8.1.2 外观质量检验

　　外观质量检验具体要求如下：

　　a) 零件表面应清洁，无污物和保护胶膜;

　　b) 化铣外形轮廓线应清晰，准确;

　　c) 铣切面不应有粗糙不平、凹坑、可见的划痕、孔蚀、锐边、变形以及其他会导致零件不符合要求的明显工艺缺陷。

　　4.8.1.3 尺寸检验

　　化铣后零件尺寸检验具体要求：

　　a) 应符合图样对形状、外形轮廓线(也称外形线)和厚度等尺寸公差的技术要求;

　　b) 图样未规定的厚度尺寸公差应满足 HB 7786 的相关规定，外形轮廓线极限偏差可参照 HB 7786浸蚀比为 1.0～2.0 时的要求执行。

　　4.8.1.4 表面粗糙度检验

　　表面粗糙度检验应按图样要求执行，若图样未规定，按 HB 7786 的相关规定执行。检测表面粗糙度的方法可选择测量法或对比法：

　　a) 测量法：用粗糙度仪测量表面粗糙度，若化铣表面无法测量，可用同槽化铣试片检验;

　　b) 对比法：无法测量的铣切面可用化铣标样与化铣零件进行目测/手触的方法进行对比检验。

　　4.8.1.5 氢含量检验

　　氢含量检验具体要求：

　　a) 同批零件可随机抽取一件进行氢含量检验。

　　b) 若化铣后剩余材料厚度不小于 1mm ，化铣后的钛和钛合金零件氢含量不应超过 GB/T 3620.1中的规定。

　　c) 若化铣后余留金属厚度已经不大于 1mm，零件中增氢量不能超过 0.004%，且氢含量极大值不能超过 0.025%，并保证增加的氢含量不会对材料性能造成不良影响。

　　d) 若氢含量超标，经相关部门允许，可采用真空热处理除氢、退火处理进行补救。其他金属的氢吸附要参照采购时提出的要求。

　　4.8.1.6 晶间腐蚀检验

　　钛和钛合金化铣引起的晶界或焊接结构上的晶间腐蚀深度应不大于 7μm，晶粒末端(圆角区)上的腐蚀深度应不大于 13μm。

　　4.8.1.7 力学性能检验

　　材料的力学性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等不应因化铣而降低。

　　4.8.1.8 化铣过渡区检验

　　化铣过渡区的长度是从化铣边线到铣切深度均匀区之间的范围(见图 8)，除非图样要求，过渡区的长度应取铣切深度的 10 倍或 15mm 二者中的较大值。

　　- 过渡区- 化铣边线

　　图 8 化铣过渡区

　　4.8.2 常见缺陷与处理方法

　　4.8.2.1 沟槽

　　沟槽(切口)形式如图 9 所示，若 t2 在图样公差范围内，沟槽宽度大于 6 倍沟槽深度(t1 -t2)则视为合格;否则，应机械修整。

　　图 9 沟槽

　　4.8.2.2 锐边

　　锐边形式如图 10 所示，铣切过的表面不应存在锐边。轮廓线上的锐边应加工成 0.15mm～0.5mm的圆角或倒角。

　　图 10 锐边

　　4.8.2.3 气蚀沟或岛状物

　　气蚀沟与岛状物形式如图 11 所示，铣切过的表面不应存在气蚀沟或岛状物。在满足设计要求的前提下，可机械修整气蚀沟或岛状物，使其平滑过渡。

　　图 11 气蚀沟和岛状物

　　4.8.2.4 脊棱

　　脊棱形式如图 12 所示，铣切过的表面不应存在脊棱。在满足设计要求的前提下， 可机械修整脊棱，使其平滑过渡。

　　图 12 脊棱

　　4.8.2.5 碟形凹面

　　碟形凹面形式如图 13 所示，铣切过的表面不应出现碟形凹面。碟形凹面可依据设计要求机械修整。

　　图 13 碟形凹面

　　4.9 入库

　　检验合格后，零件转下道工序或包装、入库保存。

　　5 溶液配制、维护及调整

　　5.1 化铣溶液配制

　　化铣溶液按以下步骤配制：

　　a) 根据配制溶液的体积，按表 3 计算化铣槽中各成分的添加量;

　　b) 槽中添加配制溶液 2/3 体积的水，在搅拌条件下添加各成份，补足剩余的水;

　　c) 充分搅拌溶液，使其混合均匀;

　　d) 取样，分析，若含量不合格，调整槽液至合格范围内。

　　5.2 溶液的维护及调整

　　5.2.1 溶液分析项目与周期

　　化铣溶液分析项目为硝酸和氢氟酸，分析周期宜为(2～4)周。

　　5.2.2 溶液调整

　　溶液应按以下步骤进行调整：

　　a) 当钛离子达到上限浓度或铣切速度低于允许下限速度时，更换化铣溶液;

　　b) 若溶液各成分含量不在允许范围内，调整至要求的浓度。

　　6 质量控制要求

　　6.1 材料应标识清楚，按要求分类存放。

　　6.2 涂胶室温度宜控制在不低于 12℃,相对湿度不大于 75%。

　　6.3 实时监控化铣溶液温度，化铣槽内温度变化应控制在不超过±3℃。

　　6.4 应定期用试片对化铣溶液对铣切材料的表面粗糙度、增氢量、晶间腐蚀、外观质量等的影响进行评价。

　　7 人员、安全要求

　　7.1 化铣操作工人应经培训合格后方能上岗。

　　7.2 化铣生产现场应按电镀与涂装的安全与防火规定执行。