钛合金拥有密度小、、、比强度高、、、耐侵蚀性及较好的韧性等特点，已宽泛利用于各个领域。。。20世纪60年代，国外为满足高机能飞机及发起机的需要，对铸造钛合金进行了持久深刻钻研，研制出了一系列力学机能优异的铸造钛合金，如中强钛合金、、、高强钛合金、、、高温钛合金、、、阻燃钛合金等，常用于飞机机身及发起机的结构件［1-3］。。。

钛合金的加工难度大、、、资料利用率低、、、成本高，导致产品无法大规模工业化利用。。。近净成形技术是出产钛合金产品的首选步骤，如铸造、、、超塑成形、、、精密铸造、、、粉末冶金等，从而有效地提高了钛合金产品的出产效能和资料利用率，大幅节约成本。。。对于状态复杂的结构件，选取成本较低的精密铸造技术，其产品品质较好且出产效能高［4-5］。。。

钛合金的精密铸造技术蕴含熔模精密铸造（陶瓷型壳精密铸造）、、、石墨捣实型、、、机加工石墨、、、金属型铸造技术等。。。目前高机能的钛合金整体精密铸件多选取陶瓷型精密铸造，如美国Howmet公司及PCC既能铸造壁厚仅1～2mm的超薄钛合金铸件，也可出产直径达2m以上的大型钛合金精密铸件，其公差可达±0.2mm［6-8］。。。

钛合金熔模精密铸造技术是利用可溶性模料和型壳使铸件成形的一种铸造步骤。。。该工艺出产的钛合金铸件理论品质好、、、尺寸精确，其力学机能相当于中等锻件水平，常用于航空航天领域薄壁复杂钛合金结构件的出产，同时还能改善其结构的靠得住性，耽搁结构件的使用寿命［9］。。。

熔融状态下的钛合金化学活性高，熔炼浇注时极易与氧化物陶瓷型壳产生界面反映，使铸件理论产生富氧化层。。。氧化层的重要成分为TiO₂，此外还有TiO、、、Ti₂O₃、、、TiO₃等，是氧等间隙元素富集、、、扩散形成的α固溶体，阐发为单相α区，故又称理论α层［10-14］。。。

较高的氧含量使理论α层的硬度较大，塑性较差，受外力时会产生开裂且极易扩散，从而导致铸件整体断裂。。。有钻研证明，有理论α层存在的拉伸试样断裂肇始于试样理论。。。

针对理论α层存在的问题，进行分析钻研，旨在为有关利用提供参考。。。

1、、、理论α层去除工艺

航空航天用钛合金熔模精密铸件对其理论品质、、、力学机能要求极度严格。。。某航空用ZTC4钛合金铸件要求其理论粗糙度Ra≤6.3μm，理论无显著α层，还要求有较高的强度和较好的塑性，力学机能要求见表1。。。

钛合金精密铸件理论氧化层重要是由金属液与型壳面层资料反映天生，氧化层的厚度与型壳面层资料亲昵有关［15］。。。图1为4个分歧批次的ZTC4钛合金铸件试样的反映界面，均可观察到显著的理论α层，其厚度为200~300μm。。。

去除铸件理论α层的步骤重要有喷砂、、、打磨、、、机械加工和化学洗濯。。。其中，机械加工和打磨步骤受限于铸件的状态，且效能低、、、成本高；；；喷砂处置只能去除少量的α层。。。对状态复杂且外形尺寸精度要求较高的铸件只能采取化学洗濯步骤彻底去除理论α层。。。目前利用最宽泛的去除钛合金理论α层的步骤为两步法，即先热碱洗，再酸洗，碱洗重要是为了将铸件理论α层破碎，从而提高α层去除成效［16］。。。

1.1ZTC4钛合金碱洗

选择体积分数为87%NaOH+13%NaNO₃固体加热溶解、、、保温一按功夫后进行钛合金铸件碱洗，该步骤碱洗效能高，能在短功夫内将钛合金理论α层破碎，有利于后续酸洗。。。碱洗过程必要介质温度在300~350℃前提下进行，由于碱洗过程极易使铸件产生时效强化，使铸件加工难度变大，故需严格节制碱洗功夫。。。选择工业用固体状态的NaOH+NaNO₃（质量分数≥96%）参与碱洗用坩埚加温溶解。。。选取同批次的ZTC4钛合金试样进行碱洗，碱液达到要求温度后保温1h，保障碱液温度均匀，将铸件齐全浸入，达到预按功夫后取出，用净水将铸件理论残留的碱液冲刷干净，凭据铸件厚度的去除量确定最佳的碱洗功夫。。。碱洗试验成效见表2。。。

能够看出，在温度根基不变的情况下，碱洗5min，铸件厚度削减24μm，当碱洗功夫增长到10min时，铸件厚度去除量增长较快，但当碱洗功夫持续增长（15、、、20min），铸件的厚度去除量险些不再增长。。。分析原因如下，碱洗试验过程中钛合金与碱液的反映为：：：

Ti_xO_y+NaOH→Ti（OH）_2y/x+Na₂O（1）

Ti（OH）_2y/x为不溶物，会附着在铸件理论，反映初始阶段Ti（OH）_2y/x较少，碱液依然可与钛合金铸件理论反映，随着反映功夫增长，Ti（OH）_2y/x逐步增多，将铸件理论包裹，导致铸件与碱液断绝，故铸件厚度的去除量不再增长。。。

1.2钛合金铸件的酸洗

1.2.1酸洗液的配制

目前利用最广的酸洗步骤是用肯定浓度（5%~8%）的HF对ZTC4钛合金铸件进行酸洗，HF溶液会造成钛合金基体侵蚀严重和大量吸氢，酸洗后必须经过理论处置和去氢退火；；；HCl、、、HNO₃、、、H₂SO₄比及场少量HF（≤2%）混合后进行酸洗，铸件理论α层的去除速度较高，且削减了基体的侵蚀和吸氢，铸件理论较光滑。。。

将分歧酸液参与氢氟酸后进行酸洗试验，了局见图2。。。用HF+HCl对钛合金铸件进行酸洗，侵蚀速度和吸氢速度都较高，并随HCl浓度增长而增大；；；若何看出用HF+HNO₃对钛合金铸件进行酸洗，侵蚀速度和吸氢速度都较低，随着HNO₃浓度增长而降低，是由于HNO₃浓度达到肯定水平后钛合金铸件理论钝化，酸洗液不再与铸件产生反映。。。

选择HF+H₂SO₄的酸洗步骤对钛合金铸件进行酸洗。。。先将NH4HF2固体倒入容器，按需要参与肯定量净水，充分搅拌使固体齐全消融，按比例参与H₂SO₄液体，搅拌均匀后即可进行酸洗操作，该步骤利用NH₄HF₂与H₂SO₄反映天生HF，过程越发安全。。。溶液配制过程产生的化学反映为：：：

H₂SO₄+2NH₄HF₂=（NH₄）₂SO₄+4HF（2）

1.2.2酸洗工艺

将对钛合金铸件进行分歧功夫酸洗，分析其理论α层的去除成效及吸氢情况随功夫变动，酸洗过程产生的化学反映为：：：

4HF+3TiO₂=3TiF₄+8H₂O（3）

H₂SO₄+TiO₂=TiO（SO₄）+H₂O（4）

由图3可知，铸件理论α层＜300μm，为满足现实工序要求，需将酸洗功夫节制在30min以内，即酸洗去除速度需≥10μm/min，用分歧配比的酸洗液进行酸洗试验，最终确定了满足要求的酸洗液，成分配比见表3。。。

按表3配置的酸洗液进行铸件酸洗，其厚度去除速度为8～10μm/min，设置酸洗功夫≤30min。。。酸洗过程中，H₂SO₄亏损较快，需凭据情况当令增长，以保障酸洗过程持续进行。。。铸件酸洗是放热过程，随着酸洗功夫的增长，酸液温度逐步升高。。。经测试，酸液温度≤35℃时，铸件厚度去除速度根基不变且酸洗成效较好；；；酸液温度＞35℃时，随着温度升高，酸洗反映逐步加剧，铸件厚度的去除速度较快且不成控，持续酸洗将无法保障铸件尺寸。。。

酸洗前对铸件理论喷砂处置，去除铸件碱洗后的理论残留物，喷砂后铸件理论呈深灰色；；；酸洗后用净水将铸件冲刷干净，预防残留酸洗液持续侵蚀铸件理论。。。酸洗试验成效见表4。。。酸洗过程中每5min取出查抄理论及尺寸，试样厚度去除量呈递增趋向，酸洗功夫为25min时的去除量已达到311μm，理论α层已彻底去除。。。酸洗过程中试样的吸氢速度慢，总的氢含量并未随酸洗功夫耽搁而显著升高。。。

2、、、质量检验

2.1理论质量检验

2.1.1目视检验

铸件外观描摹及理论粗糙度见图3。。。铸件酸洗后理论光滑呈银白色且无显著缺点；；；经与铸造理论粗糙度试块比对，铸件理论粗糙度Ra为3.2~6.3μm，满足航空用ZTC4钛合金铸件的理论粗糙度要求。。。

2.1.2荧光渗入检验

荧光渗入步骤可用于无损检验理论α层引起的铸件理论裂纹缺点。。。检验前对铸件进行喷砂去污处置。。。渗入检验了局见图4。。。在荧光渗入检验专用黑光灯照射下 ，缺点显示为亮点 ，可知酸洗前铸件理论缺点较多，酸洗后理论缺点显著削减。。。

2.1.3 理论α层检验

碱洗10min后再酸洗25min的铸件理论α层去除成效见图 5。。。能够看出，ZTC4钛合金铸件试样的理论 均无显著α层，去除成效优良。。。

2.2力学机能测试

对碱酸洗前后的试样进行力学机能测试，重要测试室温力学机能及理论硬度测试，了局别离见表5和表6。。。

拉伸试样要求：：：①试样理论无裂纹、、、气孔、、、缩松等影响拉伸试验的缺点；；；②经X射线检验，无内部缺点；；；③试样主体部位不进行任何机械加工。。。未碱酸洗的拉伸试样（1A、、、1B）和碱酸洗后的拉伸试样（2A、、、2B）进行室温拉伸测试。。。

硬度试样要求：：：测试理论平坦无缺点，无内部缺点。。。未碱酸洗的硬度试样（1C、、、1D）和碱酸洗后的硬度试样（2C、、、2D）进行硬度测试。。。

由表5和表6可知，经碱酸洗后的试样理论α层去除成效显著，试样的硬度降低，塑性得到显著提升。。。

3、、、结论

（1）经碱酸洗后的TC4铸件理论无显著α层，该工艺步骤去除α层的成效显著，铸件外观、、、理论粗糙度、、、荧光检测均满足航空用ZTC4钛合金铸件有关技术前提和尺度要求；；；

（2）与含α层的试样相比，经碱酸洗后不含α层的ZTC4钛合金铸件试样强度无显著提升，但伸长率和收缩率提升了50%以上，塑性得到了显著提升，这对提高ZTC4钛合金精密铸件的使用寿命有积极意思。。。

参考文件

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