钛合金具有密度小、比强度高、耐侵蚀性及较好的韧性等特点，，，，，，，，已普遍应用于各个领域。。。。。。。。20世纪60年月，，，，，，，，外洋为知足高性能飞机及发念头的需求，，，，，，，，对铸造钛合金举行了恒久深入研究，，，，，，，，研制出了一系列力学性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念头的结构件［1-3］。。。。。。。。

钛合金的加工难度大、质料使用率低、本钱高，，，，，，，，导致产品无法大规模工业化应用。。。。。。。。近净成形手艺是生产钛合金产品的首选要领，，，，，，，，如铸造、超塑成形、细密铸造、粉末冶金等，，，，，，，，从而有用地提高了钛合金产品的生产效率和质料使用率，，，，，，，，大幅节约本钱。。。。。。。。关于形状重大的结构件，，，，，，，，接纳本钱较低的细密铸造手艺，，，，，，，，其产品品质较好且生产效率高［4-5］。。。。。。。。

钛合金的细密铸造手艺包括熔模细密铸造（陶瓷型壳细密铸造）、石墨捣实型、机加工石墨、金属型铸造手艺等。。。。。。。。现在高性能的钛合金整体细密铸件多接纳陶瓷型细密铸造，，，，，，，，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，，，，，，，，也可生产直径达2m以上的大型钛合金细密铸件，，，，，，，，其公差可达±0.2mm［6-8］。。。。。。。。

钛合金熔模细密铸造手艺是使用可溶性模料和型壳使铸件成形的一种铸造要领。。。。。。。。该工艺生产的钛合金铸件外貌品质好、尺寸准确，，，，，，，，其力学性能相当于中等锻件水平，，，，，，，，常用于航空航天领域薄壁重大钛合金结构件的生产，，，，，，，，同时还能改善其结构的可靠性，，，，，，，，延伸结构件的使用寿命［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爆发界面反应，，，，，，，，使铸件外貌爆发富氧化层。。。。。。。。氧化层的主要因素为TiO₂，，，，，，，，别的尚有TiO、Ti₂O₃、TiO₃等，，，，，，，，是氧等间隙元素富集、扩散形成的α固溶体，，，，，，，，体现为单相α区，，，，，，，，故又称外貌α层［10-14］。。。。。。。。

较高的氧含量使外貌α层的硬度较大，，，，，，，，塑性较差，，，，，，，，受外力时会爆发开裂且极易扩散，，，，，，，，从而导致铸件整体断裂。。。。。。。。有研究证实，，，，，，，，有外貌α层保存的拉伸试样断裂起始于试样外貌。。。。。。。。

针对外貌α层保存的问题，，，，，，，，举行剖析研究，，，，，，，，旨在为相关应用提供参考。。。。。。。。

1、外貌α层去除工艺

航空航天用钛合金熔模细密铸件对其外貌品质、力学性能要求十分严酷。。。。。。。。某航空用ZTC4钛合金铸件要求其外貌粗糙度Ra≤6.3μm，，，，，，，，外貌无显着α层，，，，，，，，还要求有较高的强度和较好的塑性，，，，，，，，力学性能要求见表1。。。。。。。。

钛合金细密铸件外貌氧化层主要是由金属液与型壳面层质料反应天生，，，，，，，，氧化层的厚度与型壳面层质料亲近相关［15］。。。。。。。。图1为4个差别批次的ZTC4钛合金铸件试样的反应界面，，，，，，，，均可视察到显着的外貌α层，，，，，，，，其厚度为200~300μm。。。。。。。。

去除铸件外貌α层的要领主要有喷砂、打磨、机械加工和化学洗濯。。。。。。。。其中，，，，，，，，机械加工和打磨要领受限于铸件的形状，，，，，，，，且效率低、本钱高；；；；；；；喷砂处置惩罚只能去除少量的α层。。。。。。。。对形状重大且形状尺寸精度要求较高的铸件只能接纳化学洗濯要领彻底去除外貌α层。。。。。。。。现在应用最普遍的去除钛合金外貌α层的要领为两步法，，，，，，，，即先热碱洗，，，，，，，，再酸洗，，，，，，，，碱洗主要是为了将铸件外貌α层破碎，，，，，，，，从而提高α层去除效果［16］。。。。。。。。

1.1ZTC4钛合金碱洗

选择体积分数为87%NaOH+13%NaNO₃固体加热熔化、保温一准时间后举行钛合金铸件碱洗，，，，，，，，该要领碱洗效率高，，，，，，，，能在短时间内将钛合金外貌α层破碎，，，，，，，，有利于后续酸洗。。。。。。。。碱洗历程需要介质温度在300~350℃条件下举行，，，，，，，，由于碱洗历程极易使铸件爆发时效强化，，，，，，，，使铸件加工难度变大，，，，，，，，故需严酷控制碱洗时间。。。。。。。。选择工业用固体状态的NaOH+NaNO₃（质量分数≥96%）加入碱洗用坩埚加温熔化。。。。。。。。接纳同批次的ZTC4钛合金试样举行碱洗，，，，，，，，碱液抵达要求温度后保温1h，，，，，，，，包管碱液温度匀称，，，，，，，，将铸件完全浸入，，，，，，，，抵达预准时间后取出，，，，，，，，用清水将铸件外貌残留的碱液冲洗清洁，，，，，，，，凭证铸件厚度的去除量确定最佳的碱洗时间。。。。。。。。碱洗试验效果见表2。。。。。。。。

可以看出，，，，，，，，在温度基本稳固的情形下，，，，，，，，碱洗5min，，，，，，，，铸件厚度镌汰24μm，，，，，，，，当碱洗时间增添到10min时，，，，，，，，铸件厚度去除量增添较快，，，，，，，，但当碱洗时间继续增添（15、20min），，，，，，，，铸件的厚度去除量险些不再增添。。。。。。。。剖析缘故原由如下，，，，，，，，碱洗试验历程中钛合金与碱液的反应为：

Ti_xO_y+NaOH→Ti（OH）_2y/x+Na₂O（1）

Ti（OH）_2y/x为不溶物，，，，，，，，会附着在铸件外貌，，，，，，，，反应初始阶段Ti（OH）_2y/x较少，，，，，，，，碱液依然可与钛合金铸件外貌反应，，，，，，，，随着反应时间增添，，，，，，，，Ti（OH）_2y/x逐渐增多，，，，，，，，将铸件外貌包裹，，，，，，，，导致铸件与碱液阻遏，，，，，，，，故铸件厚度的去除量不再增添。。。。。。。。

1.2钛合金铸件的酸洗

1.2.1酸洗液的配制

现在应用最广的酸洗要领是用一定浓度（5%~8%）的HF对ZTC4钛合金铸件举行酸洗，，，，，，，，HF溶液会造成钛合金基体侵蚀严重和大宗吸氢，，，，，，，，酸洗后必需经由外貌处置惩罚和去氢退火；；；；；；；HCl、HNO₃、H₂SO₄等加入少量HF（≤2%）混淆后举行酸洗，，，，，，，，铸件外貌α层的去除速率较高，，，，，，，，且镌汰了基体的侵蚀和吸氢，，，，，，，，铸件外貌较平滑。。。。。。。。

将差别酸液加入氢氟酸后举行酸洗试验，，，，，，，，效果见图2。。。。。。。。用HF+HCl对钛合金铸件举行酸洗，，，，，，，，侵蚀速率和吸氢速率都较高，，，，，，，，并随HCl浓度增添而增大；；；；；；；怎样看出用HF+HNO₃对钛合金铸件举行酸洗，，，，，，，，侵蚀速率和吸氢速率都较低，，，，，，，，随着HNO₃浓度增添而降低，，，，，，，，是由于HNO₃浓度抵达一定水平后钛合金铸件外貌钝化，，，，，，，，酸洗液不再与铸件爆发反应。。。。。。。。

选择HF+H₂SO₄的酸洗要领对钛合金铸件举行酸洗。。。。。。。。先将NH4HF2固体倒入容器，，，，，，，，按需求加入一定量清水，，，，，，，，充分搅拌使固体完全融化，，，，，，，，按比例加入H₂SO₄液体，，，，，，，，搅拌匀称后即可举行酸洗操作，，，，，，，，该要领使用NH₄HF₂与H₂SO₄反应天生HF，，，，，，，，历程越发清静。。。。。。。。溶液配制历程爆发的化学反应为：

H₂SO₄+2NH₄HF₂=（NH₄）₂SO₄+4HF（2）

1.2.2酸洗工艺

将对钛合金铸件举行差别时间酸洗，，，，，，，，剖析其外貌α层的去除效果及吸氢情形随时间转变，，，，，，，，酸洗历程爆发的化学反应为：

4HF+3TiO₂=3TiF₄+8H₂O（3）

H₂SO₄+TiO₂=TiO（SO₄）+H₂O（4）

由图3可知，，，，，，，，铸件外貌α层＜300μm，，，，，，，，为知足现实工序要求，，，，，，，，需将酸洗时间控制在30min以内，，，，，，，，即酸洗去除速率需≥10μm/min，，，，，，，，用差别配比的酸洗液举行酸洗试验，，，，，，，，最终确定了知足要求的酸洗液，，，，，，，，因素配比见表3。。。。。。。。

按表3设置的酸洗液举行铸件酸洗，，，，，，，，其厚度去除速率为8～10μm/min，，，，，，，，设置酸洗时间≤30min。。。。。。。。酸洗历程中，，，，，，，，H₂SO₄消耗较快，，，，，，，，需凭证情形适时添加，，，，，，，，以包管酸洗历程一连举行。。。。。。。。铸件酸洗是放热历程，，，，，，，，随着酸洗时间的增添，，，，，，，，酸液温度逐渐升高。。。。。。。。经测试，，，，，，，，酸液温度≤35℃时，，，，，，，，铸件厚度去除速率基本稳固且酸洗效果较好；；；；；；；酸液温度＞35℃时，，，，，，，，随着温度升高，，，，，，，，酸洗反应逐渐加剧，，，，，，，，铸件厚度的去除速率较快且不可控，，，，，，，，继续酸洗将无法包管铸件尺寸。。。。。。。。

酸洗前对铸件外貌喷砂处置惩罚，，，，，，，，去除铸件碱洗后的外貌残留物，，，，，，，，喷砂后铸件外貌呈深灰色；；；；；；；酸洗后用清水将铸件冲洗清洁，，，，，，，，避免残留酸洗液继续侵蚀铸件外貌。。。。。。。。酸洗试验效果见表4。。。。。。。。酸洗历程中每5min取出检查外貌及尺寸，，，，，，，，试样厚度去除量呈递增趋势，，，，，，，，酸洗时间为25min时的去除量已抵达311μm，，，，，，，，外貌α层已彻底去除。。。。。。。。酸洗历程中试样的吸氢速率慢，，，，，，，，总的氢含量并未随酸洗时间延伸而显着升高。。。。。。。。

2、质量磨练

2.1外貌质量磨练

2.1.1目视磨练

铸件外观形貌及外貌粗糙度见图3。。。。。。。。铸件酸洗后外貌平滑呈银白色且无显着缺陷；；；；；；；经与铸造外貌粗糙度试块比对，，，，，，，，铸件外貌粗糙度Ra为3.2~6.3μm，，，，，，，，知足航空用ZTC4钛合金铸件的外貌粗糙度要求。。。。。。。。

2.1.2荧光渗透磨练

荧光渗透要领可用于无损磨练外貌α层引起的铸件外貌裂纹缺陷。。。。。。。。磨练前对铸件举行喷砂去污处置惩罚。。。。。。。。渗透磨练效果见图4。。。。。。。。在荧光渗透磨练专用黑光灯照射下 ，，，，，，，，缺陷显示为亮点 ，，，，，，，，可知酸洗前铸件外貌缺陷较多，，，，，，，，酸洗后外貌缺陷显着镌汰。。。。。。。。

2.1.3 外貌α层磨练

碱洗10min后再酸洗25min的铸件外貌α层去除效果见图 5。。。。。。。。？？？？梢钥闯，，，，，，，，ZTC4钛合金铸件试样的外貌 均无显着α层，，，，，，，，去除效果优异。。。。。。。。

2.2力学性能测试

对碱酸洗前后的试样举行力学性能测试，，，，，，，，主要测试室温力学性能及外貌硬度测试，，，，，，，，效果划分见表5和表6。。。。。。。。

拉伸试样要求：①试样外貌无裂纹、气孔、缩松等影响拉伸试验的缺陷；；；；；；；②经X射线磨练，，，，，，，，无内部缺陷；；；；；；；③试样主体部位不举行任何机械加工。。。。。。。。未碱酸洗的拉伸试样（1A、1B）和碱酸洗后的拉伸试样（2A、2B）举行室温拉伸测试。。。。。。。。

硬度试样要求：测试外貌平整无缺陷，，，，，，，，无内部缺陷。。。。。。。。未碱酸洗的硬度试样（1C、1D）和碱酸洗后的硬度试样（2C、2D）举行硬度测试。。。。。。。。

由表5和表6可知，，，，，，，，经碱酸洗后的试样外貌α层去除效果显着，，，，，，，，试样的硬度降低，，，，，，，，塑性获得显著提升。。。。。。。。

3、结论

（1）经碱酸洗后的TC4铸件外貌无显着α层，，，，，，，，该工艺要领去除α层的效果显著，，，，，，，，铸件外观、外貌粗糙度、荧光检测均知足航空用ZTC4钛合金铸件相关手艺条件和标准要求；；；；；；；

（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着提升，，，，，，，，但伸长率和缩短率提升了50%以上，，，，，，，，塑性获得了显著提升，，，，，，，，这对提高ZTC4钛合金细密铸件的使用寿命有起劲意义。。。。。。。。

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