深圳市盐田区氮化、氮碳共渗加工过程

　　７）电电位与碳纤维复合材料相匹配。在紧固件上，钛合金用量十分巨大的重要原因就是钛合金电电位与碳纤维复合材料电电位相匹配，有效阻止了电偶腐蚀现象的出现。８）此外，钛合金还具有的耐蚀性、较高的蠕变抗力等优点。

　　１、 紧固件用钛合金材料及性能概况

　　紧固件用钛合金材料与紧固件的制造工艺和用途密切相关。一方面，钛合金紧固件的制造工艺主要包括３部分:首先，塑性变形，例如顶镦、减径和滚螺纹等；其次，表面强化，例如螺栓承力面与直杆过渡区的强化等；，机械加工，例如车、铣和磨等。另一方面，紧固件的用途不同，所需材料的性能要求也不同，这就需要使用不同的钛合金材料。以铆钉和螺栓为例，铆钉在安装过程中需要一端或者两端镦头，所以铆接过程对材料的塑性要求较高。螺栓一般要求具有较高的强度，其强度水平 与３０ＣｒＭｎＳｉＡ高强度合金钢接近，所以通常采用高强钛合金材料。综合以上两方面的因素，紧固件用钛合金材料也主要分为工业纯钛、（α＋β）型和β型钛合金三类，具体见表２。由表２可知，工业纯钛主要是 ＴＡ１和 ＴＡ２。（α＋β）型钛合金主要包括 ＴＣ４，ＴＣ６和 Ｔｉ－６６２等。β型钛合金以亚稳定β型钛合金为主，这是因为亚稳定β型钛合金钼当量一般在１０％左右。钼当量小于１０％的近β型钛合金热处理强化效果不足；钼当量大于１０％的稳定β型钛合金在时效热处理过程中，β相稳定性会较高，分解，所以亚稳定β型钛合金材料的强化。此外，亚稳定β型钛合金具有的冷成形性，可以进行冷镦，避免采用的加热设备和气体保护介质，生产效率和材料利用率高，成形后的紧固件尺寸精度高、表面质量好。而（α＋β）型钛合金紧固件只能采用热镦成形，需要专门的加热设备和气体介质，生产效率和材料利用率低，也容易出现加热温度不均匀的现象。

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　　TC4钛合金的屈服强度是衡量材料开始发生塑性变形的应力水平。经过热处理后，TC4钛合金的屈服强度可以达到850-900 MPa。这一参数在设计和使用中关键，尤其是在需要高强度和高性的应用中。在航空航天领域，TC4钛合金广泛用于制造飞机发动机零部件和机身结构件。这些部件要求在高温、高压环境下具备高屈服强度和稳定的机械性能。典型的应用如:根据不同的热处理工艺，TC4钛合金的屈服强度数据如下:

　　在电影《钢铁侠》中有一个情节是，托尼在第二代战甲试飞过程中，挑战盔甲战衣强度，一直飞向天空，但是上升到一定高度后，全身结冰的问题突出明显，战甲表面开始结冰，而且电力系统也出现问题，托尼从高空降下后才慢慢恢复。为了防止钢铁盔甲结冰，第三代钢铁侠战甲就用了钛合金，这其实是有科学依据的。钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。有些钛合金在零下253度仍有一定塑性，飞行器飞到地球大气最冷的大气中间层(距离地面50 km～85 km)温度也只有零下八十到零下一百一十的温度，所以钛合金是制造飞行器最好的选择。

　　在现实中，能飞出大汽层的可能只有火箭了。但这并不代表钛合金只能应用在航天航空行业中。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，在工业中有很多特定的环境和空间需要用到钛合金制造的零配件。

　　钛合金加工是一个复杂且专业性很强的过程，涉及到多种技术和工艺，以确保材料的高性能和加工的经济性。加工钛合金时，还需注意控制加工环境，避免材料吸氧、氢和氮，导致性能下降。此外，选择合适的加工参数和刀具路径，以及进行必要的中间退火，都是保证加工质量和效率的关键。钛合金加工制造的英文是 "Titanium Alloy Parts Manufacturing"。德文是 "Herstellung von Titanlegierungsbauteilen"。俄文是 "Производство деталей из титановых сплавов"。

　　钛合金的加工性能和最终的力学性能很大程度上取决于其微观组织结构。热处理，包括退火、时效处理和定向再结晶等，被用来优化钛合金的微观结构，从而提升其机械性能和加工性。例如，退火可以消除加工硬化，恢复材料的塑性，而时效处理则可以强化材料。机械加工技术: 切削:钛合金切削时，由于其硬度较高和导热性差，需要采用硬质合金刀具，特别是钨钴类硬质合金，因为它们与钛的化学亲和力小，导热性相对较好。切削过程中，采用较小的前角和较大的后角，以及圆弧过渡刃，可以减少刀具磨损和提高加工质量。 磨削、铣削、钻削、镗孔、攻丝:这些加工方法同样需要选择合适的刀具材料和加工参数，以防止刀具过早磨损和工件变形。

　　电火花加工（EDM）和线切割适用于加工硬质材料的复杂形状，尤其在需要极高精度时。 焊接技术:钛合金焊接时，因为其高熔点和化学活性，容易产生气孔和富集效应，因此常采用TIG（钨极惰性气体保护焊）、激光焊和等离子弧焊等高能密度焊接方法，并在保护性气氛下进行，以减少污染。 表面处理技术:为了提高钛合金的耐磨性、耐蚀性等，会采用表面处理技术，如化学转化膜处理、喷砂、电镀、离子渗镀、等离子喷涂等。

　　锻造和轧制:热锻和热轧是将钛合金坯料在高温下变形，以形成所需形状和尺寸，冷轧则是在室温或接近室温下进行，适用于需要高精度尺寸和表面质量的产品。

　　在这篇综述论文中，主体内容分为三个方面:（1）激光粉末床熔融工艺

　　图2为选区激光熔化/激光粉末床熔融（SLM/LBPF）技术示意图。在成形过程中，工艺参数与扫描策略对缺陷形成、残余应力和表面质量都有着大的影响。

　　图2 选区激光熔化/激光粉末床熔融（SLM/LBPF）技术示意图

　　如图3所示，通过合理的工艺参数组合才能得到高致密度样件，过高或过低的激光功率与扫描速度等参数均可引入不同类型的缺陷。

　　Ti-6Al-4V是低Mo当量α-β型两相合金，在三类合金中β稳定系数(只有0.27)，而铝当量则高(达到6)。所以在退火状态的β相含量只有7％(体积分数)。它的优点是密度，强度和疲劳性能好，成分简单，半成品成本。但由于室温塑性没有达到高，所以加工紧固件时需要采用感应加热进行热镦成形，以及真空固溶处理加时效处理，加工成本较高。第二类为β合金(如TB2，TB3，TB5，TB8等)，与α-β型合金不同，Bβ稳定系数很高，在1.15~1.97范围内，而铝当量则降低到3左右。所以在固溶处理时可获得单一β相，从而能在室温下冷镦成形螺栓和铆钉，加工成本低，缺点是密度高，强度虽与Ti-6Al-4V相当，但疲劳性能不如Ti-6Al-4v，而且成分复杂，半成品成本高。由于同样需要进行真空时效处理，所以成品紧固件的成本仍要高于Ti-6Al-4V，而使用温度也比Ti-6Al-4V低。

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　　攻坚团队聚焦工艺优化，从坯料制备、轧制温控，到精度管控、表面处理，每一道生产工序均实行精细化把控、全程跟班作业；针对轧制环节易出现的质量隐患，量身定制专项解决方案，反复调试工艺参数，实现TC4钛合金卷材高质一次成型，产品各项性能全面达标设计要求。据了解，此次高端钛合金卷材成功量产，是攀钢集团深耕钒钛特产业、布高端新材料赛道的重要突破。下一步，攀钢沈钛将持续迭代生产工艺、提升产品稳定性，稳步扩大钛合金卷材市场投放量，助力攀钢集团加快建设世界一流现代化钢铁钒钛企业，为我国冶金新材料产业高质量发展注入更强动力。