一种TC16钛合金托板螺母的冷镦加工方法技术

本发明专利技术提供了一种TC16钛合金托板螺母的冷镦加工方法。该方法包括以下步骤：TC16钛合金托板螺母坯料预处理，得到经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料；将经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料进行置氢处理，得到经置氢处理的坯料；对经置氢处理的坯料进行固溶处理，再经水淬，得到经固溶处理的坯料；将经固溶处理的坯料进行磁脉冲冷镦加工成形，得到加工成形的坯料；将加工成形的坯料进行真空退火处理，得到TC16钛合金托板螺母。本发明专利技术的方法可以提高钛合金的室温塑性，进而可实现其紧固件在室温下较快成形，并且其工装简单，易于实现自动化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种TC16钛合金托板螺母的冷镦加工方法，属于机械加工制造
；进一步属于紧固件加工

技术介绍
TC16钛合金是一种常规的钛合金紧固件的原材料，该合金属于高强度钛合金，其不仅具有较高的力学性能，同时具有优异的冷镦性能，可实现冷镦成形，能满足高效、连续、自动生产的要求。目前，小直径的螺栓、螺钉和自锁螺母均采用冷镦方法成形。钛合金的氢处理技术是指在一定温度下对钛合金进行渗氢，当钛合金中氢含量达到规定浓度时，氢可以改变钛合金组织结构，促使其工艺性能和力学性能得到改善。对钛合金进行氢处理后，再利用真空退火除氢，保证钛合金在使用过程中不发生清脆。利用该技术降低了钛合金β相的转变温度，提高了 β相的比例，从而改善了钛合金的塑性。通过氢致塑性将更有利于钛合金室温变形性能，实现钛合金的冷镦成形，因此，随着钛合金置氢处理技术的逐渐成熟，为该方法在钛合金冷镦成形方面的应用提供了可行性基础。磁脉冲成形技术是一种利用强脉冲磁场对受电磁力作用的金属坯料进行塑性加工的高能率成形技术。在塑性加工过程中成形所需要的电磁力以脉冲的形式作用于待加工金属坯料。其作为一种绿色环保的新型加工工艺，具有成形工件精度高、成形速度快、能大幅提高材料的成形极限、模具损耗小、加工零件稳定性高、便于实现自动化生产等优势，目前已经应用于航空航天、武器制造以及其他制造加工业等领域，应用前景十分广阔。现有技术的不足之处:虽然TC16钛合金冷镦加工工艺可以生产部分小变形量的紧固件，但是针对托板螺母(变形量达到90%以上)这种大变形量的紧固件，现有的冷镦成形工艺无法满足变形要求，无法采用冷镦进行加工。然而在热作用下，其组织结构将发生恶化，影响其机械性能，同时热镦模具在热与循环载荷的作用下，使用寿命低，生产成本增加。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种TC16钛合金托板螺母的冷镦加工方法。为达到上述目的，本专利技术提供了一种TC16钛合金托板螺母的冷镦加工方法，该方法包括以下步骤:a、TC16钛合金托板螺母还料预处理将TC16钛合金托板螺母坯料进行酸洗，得到经酸洗后的TC16钛合金托板螺母坯料，再将经酸洗后的TC16钛合金托板螺母坯料清洗干净后烘干，得到经预处理的TC16钛合金托板螺母还料；b、置氢处理将所述经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料进行置氢处理，得到经置氢处理的坯料；以所述经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料的总重量为100%计，置氢处理过程充入氢气的量为0.6wt% -1.0wt% ；c、固溶处理对经置氢处理的坯料进行固溶处理，再经水淬，得到经固溶处理的坯料；d、磁脉冲冷镦加工成形将经固溶处理的坯料进行磁脉冲冷镦加工成形，得到加工成形的坯料；e、除氢处理将所述加工成形的坯料进行真空退火处理，得到所述TC16钛合金托板螺母。根据本专利技术所述的方法，所用的托板螺母坯料为本领域使用的常规设备，例如在本专利技术优选的实施方式中，该还料为不同直径的TC16钛合金棒料。根据本专利技术所述的方法，步骤a中对TC16钛合金托板螺母坯料进行酸洗后，再依次使用丙酮、乙醇将经酸洗后的TC16钛合金托板螺母坯料清洗干净；其中，酸洗的目的是除去钛合金表面的氧化膜。根据本专利技术所述的方法，步骤a中所述的酸洗操作为本领域的常规操作，在本专利技术优选的实施方式中，酸洗所用的酸洗液为硝酸和氢氟酸的混合水溶液，所述酸洗液中硝酸、氢氟酸及水的体积比为2:1:7。根据本专利技术所述的方法，步骤a中所述的烘干操作为本领域的常规操作，本专利技术对烘干的温度及时间不作要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要选择合适的烘干条件，只要确保能够实现烘干的目的即可。根据本专利技术所述的方法，步骤b置氢处理过程充入氢气的量与步骤b得到的经置氢处理后的坯料中的氢含量相同，该氢含量是采用差重法计算得到的，即:经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料的重量为m，步骤b得到的经置氢处理后的坯料的质量为M，则该氢含量= X 100%。根据本专利技术所述的方法，优选地，步骤b中所述的置氢处理的温度为550-800°C，保温时间为2_4h。根据本专利技术所述的方法，在本专利技术优选的实施方式中，步骤b中所述的置氢处理过程是在氢处理炉中进行的，置氢处理过程中氢处理炉的真空度需要保持在103Pa数量级。根据本专利技术所述的方法，优选地，步骤c中所述的固溶处理的温度为650_750°C，时间为l_3h0根据本专利技术所述的方法，在本专利技术优选的实施方式中，步骤c中所述的固溶处理过程是在热处理炉中进行的。根据本专利技术所述的方法，步骤c中所述的水淬为水淬至室温。根据本专利技术所述的方法，优选地，步骤d中所述的磁脉冲放电电压为l_4kV，放电电容为 100-2660 μ F。根据本专利技术所述的方法，在本专利技术优选的实施方式中，步骤d是在磁脉冲冷镦加工成形装置中进行的，该装置的示意图如图2所示，从图2中可以看出，该装置包括上平台1、绝缘板2、线圈3、驱动板4、放大器5、磁脉冲成形模具6、加热板7、绝缘板8及下平台9 ;步骤b可以按照以下具体操作进行:将经置氢处理、固溶处理的坯料放入磁脉冲成形模具6中，将模具工装调整好，通过磁脉冲电源对磁体(线圈3)放电而进行磁脉冲冷镦加工成形，通过远程电脑控制，将磁脉冲电源电容器中储存的能量通过线圈放电，线圈的电流与驱动板4上的感应电流相作用，产生磁场力，驱动磁脉冲成形模具6中的冲头，冲击钛合金试样，放电电压为l_4kV，放电电容为100-2660 μ F，完成实验，得到加工成形的坯料。根据本专利技术所述的方法，优选地，步骤e中所述的真空退火处理的温度为500-650°C，时间为 4-8h。根据本专利技术所述的方法，步骤e中的除氢处理过程也是在氢处理炉中进行的，除氢处理过程中氢处理炉的真空度需要保持在10 2Pa数量级；步骤e中是利用真空退火处理的方法将氢含量降低到标准值(0.012wt% )。本专利技术提供的TC16钛合金托板螺母的冷镦加工方法在氢辅助作用下利用磁脉冲冷镦加工技术来获得钛合金紧固件；即本专利技术的方法在置氢钛合金室温增塑以及磁脉冲成形提高成形极限的双重作用下，可以提高钛合金的室温塑性，进而可以实现其紧固件在室温下较快成形，并且其工装简单，易于实现自动化生产；同时，钛合金置氢处理也可以改善钛当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TC16钛合金托板螺母的冷镦加工方法，其中，该方法包括以下步骤：a、TC16钛合金托板螺母坯料预处理将TC16钛合金托板螺母坯料进行酸洗，得到经酸洗后的TC16钛合金托板螺母坯料，再将经酸洗后的TC16钛合金托板螺母坯料清洗干净后烘干，得到经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料；b、置氢处理将所述经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料进行置氢处理，得到经置氢处理的坯料；以所述经预处理的TC16钛合金托板螺母坯料的总重量为100％计，置氢处理过程充入氢气的量为0.6wt％‑1.0wt％；c、固溶处理对经置氢处理的坯料进行固溶处理，再经水淬，得到经固溶处理的坯料；d、磁脉冲冷镦加工成形将经固溶处理的坯料进行磁脉冲冷镦加工成形，得到加工成形的坯料；e、除氢处理将所述加工成形的坯料进行真空退火处理，得到所述TC16钛合金托板螺母。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉杰，王耀奇，侯红亮，庄宝潼，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11