鈦及鈦合金由于具有很高的強度和耐蝕性,已成為一種新興的輕金屬材料,并在國防軍工、石油化工、制藥領域及醫療器械、海水淡化裝置等方面得到廣泛應用。并且,因其具有比強度高、耐高溫、導熱率低、無毒、生物相容性好等一系列優點而被應用于航空、航天、建筑、體育用品等軍用和民用領域。
Ti-6Al-4V 鍛件經過噴砂工藝后,鍛件表層硬化層較厚,給后續機加工造成困難。因此,在噴砂工序完成后,需通過酸洗將其硬化層去除,并按工藝要求去除壁厚以達到所需工藝要求。鈦合金酸洗一般采用HF+HNO3,但由于其在酸液配比中所占比重較大,濃度較高,容易引發比較嚴重的二次問題。針對以上問題,研究在不同酸洗條件下的腐蝕及氫脆現象,分析影響因素及機理,并制定優化的熱處理工藝,以減少氧化層及氫脆。
試驗方案
將鍛件進行吹砂處理后,采用線切割加工成所需試塊,并標記0#~7#,分別對試樣進行磨拋,去除切割造成的氧化層。對初始樣品表面進行XRD 測試和顯微硬度測試,確定表面相結構和硬化層深度。然后將其在不同配方的酸性溶液中進行腐蝕,分別恒溫水浴15 分鐘后取出試件,將其按照相同的工藝執行,測量酸洗后樣品氫含量、失重率、表層相結構以及硬度變化。酸洗液配方見表1。
試驗結果
酸洗后失重率
Ti-6Al-4V 鍛件試樣酸洗后,各試樣表面形貌如圖1 所示。
從圖1 中可以看出,初始試樣表面呈黑褐色,經酸洗后,表面都返現出金屬光澤。7#樣品表面呈現氮化后的彩色形貌。失重率測試結果見表2。
表面相結構變化
對酸洗前后Ti-6Al-4V 鍛件試樣表面相組成分別進行XRD 分析,結果如圖2 所示。可以看出,1#~7#試樣XRD 圖譜較統一,表面α 相已經得到較好的去除。其中,4#和5#試樣在40°左右的α相主峰降低明顯,表面α 相清除比較徹底,而增大酸洗液濃度,未對α 相的進一步去除有質的提升。
酸洗后Ti-6Al-4V 氫含量變化
氫含量測定結果和對應的腐蝕液成分見表3。