CN107740124A - 一种航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，主要内容为：将航空发动机风扇内机匣单元浸入碱洗液中于30‑35℃下进行碱洗，碱洗后用水清洗碱洗液，再置入酸洗液中于15‑35℃下进行酸洗，酸洗后用水清洗酸洗液，再用压缩空气吹干。本发明工艺操作简单、方便，设备简易，生产成本低廉，且不产生过腐蚀，除去α层后钛合金氢含量能满足相关标准要求。

Description

一种航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺
技术领域
本发明涉及航空发动机钛合金构件加工技术领域，具体涉及一种航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺。
背景技术
钛合金具有高比强度和优异的抗腐蚀能力等优点，广泛应用于航空航天等领域应用广泛。航空发动机风扇内机匣单元是由钛合金内机匣和12个钛合金支板通过电子束焊接构成，通常在焊接过程中会产生焊接应力，对焊接后的内机匣单元使用性能产生影响，因此在焊接后通常都需要通过热处理来消除焊接应力。
目前，涉及钛合金零件一般均采用真空炉进行热处理，防氧化效果好，但是真空炉热处理在真空度不高或是氧泄露时，由于钛合金在高温下具备高化学活性，能与真空炉内残余空气中的O、N、C元素发生化学反应，同时氧元素向钛合金金属内部扩散进入钛的金属点阵形成间隙固溶体，在钛合金零件表面氧化皮下就会形成脆性的、气体饱和的富氧α层，对钛合金零件尤其是结构较为复杂的风扇内机匣单元表面产生污染，严重影响钛合金铸件的疲劳性能、断裂韧性和冲击性能，使钛合金零件在继续变形或受力时导致表面开裂、塑性降低。为了保证钛合金零件可靠的工作，航空用风扇内机匣单元表面不允许有钛合金α层的存在。
目前国内钛合金零件特别是异形件和复杂件表面α层的去除不适宜采用普通钛合金板材常用的钛合金α层去除工艺，即通过喷砂或机械加工的方法去除钛合金表面α层，如航空发动机风扇内机匣单元尺寸大且形状复杂，机匣及支板内部拥有一定深度的腔道，而且腔道复杂且繁多，无法彻底的去除钛合金α层。因此钛合金零件普遍采用两步法，即先熔融碱洗然后酸洗，但是由于熔融碱洗工艺温度很高，达450℃，且易造成α+β相和β相钛合金零件的过早时效强化，给进一步加工带来困难。
发明内容
本发明旨在解决上述背景技术中的问题，提供一种航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，通过低温碱洗与酸洗结合，对航空发动机风扇内机匣单元外表面钛合金α层进行彻底去除。
本发明提供的航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，包括以下工艺步骤：
(1)碱洗油渍：将航空发动机风扇内机匣单元浸入碱洗液中于30-35℃下碱洗10-15min，洗除工件表面上的油渍，所述碱洗液为RMC生产的牌号为Biogenic SE374的工业清洗剂用水配制成的体积浓度为10-25vol％碱洗液；
(2)清洗碱洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从碱洗液中移出，排干机匣内腔的碱洗液浸入清水中，清洗工件表面附着的碱洗液；
(3)确定α层酸洗速率：将与航空发动机风扇内机匣单元同材质已测出α层厚度的试样浸入酸洗液中，于15-35℃下酸洗去除α层，根据α层洗除时间计算出α层的酸洗速率，所述酸洗液为由12-16vol％硝酸与1.5-2vol％氢氟酸按照质量比不低于10:1配制成的混合酸洗液；
(4)酸洗去除α层：将航空发动机风扇内机匣单元浸入与试样酸洗相同的酸洗液中，采用试样酸洗相同的酸洗条件进行酸洗，酸洗的时间为：(1.3～2)×工件α层厚度÷α层酸洗速率；
(5)清洗酸洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从酸洗液中移出，排干机匣内腔的酸洗液浸入清水中，充分请洗工件表面附着的酸洗液后，用高压水对航空发动机风扇内机匣单元内腔进行充分冲洗；
(6)干燥：对充分冲洗后的航空发动机风扇内机匣单元用过压缩空气吹干。
其中，所述航空发动机风扇内机匣单元通过吊挂装置浸入碱洗液、清水与酸洗液中进行晃动洗。
进一步地，通过上下调整吊挂航空发动机内机匣单元的索带长度在平面方向和上下方向进行均匀晃动洗。
优选地，晃动洗的频率为3-5次/min。
其中，清洗碱洗液和酸洗液的时间为2min–5min。
其中，用高压水对航空发动机风扇内机匣单元内腔进行冲洗的时间为1min-5min。
通常地，在航空发动机风扇内机匣单元干燥后，会对航空发动机风扇内机匣单元进行检测，通过金相检测钛合金表面α层和氢含量是否合格。
所述α层厚度是用精度为0.1mg的分析天平称量试样α层去除前后的质量变化，用千分尺测量试样尺寸得到试样的总表面积，所述α层厚度＝质量减少量÷密度÷总表面积，α层酸洗速率＝α层厚度÷酸洗时间。通常地，当选用B50TF102CL-B型号的钛合金材料时，在704℃下保温一小时后，所生成的钛合金α层酸洗速率为1.2～3.8μm/min。
上述酸洗过程中针对航空发动机风扇内机匣单元进行晃动洗，是因为航空发动机风扇内机匣单元中内机匣和支板内部拥有一定深度的腔道，而且腔道复杂且繁多，在酸洗过程中，腔道内部残留的空气及酸洗反应所形成的气泡或气囊易在腔道内部累积，从而易使得单元腔道内与酸液接触不充分，影响到酸洗质量，本发明通过对酸洗过程进行改良，确保单元腔道内充分接触酸液，避免在腔道内产生或累积气囊，影响到单元腔道内酸洗充分程度。
通常地，本领域技术人员还可以选择结合对航空发动机风扇内机匣单元的挂装方式，例如将航空发动机风扇内机匣单元固定在翻转挂架上，在低温碱洗、碱洗液的清洗、酸洗、酸洗液的清洗过程中对单元进行翻转操作，从而进一步提高单元各步骤的清洗质量，保障低温碱洗与酸洗充分。
本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过低温碱洗与酸洗结合，对航空发动机风扇内机匣单元外表面钛合金α层能进行彻底去除，且对钛合金基体和氢含量无影响；
2、本发明在酸洗过程中，对工艺条件中的酸洗时间进行了进一步改良，通过试样测试出α层酸洗速率，从而制定酸洗时间，避免过度酸洗造成的钛合金表面过腐蚀，且金相检测无α层残留，钛合金基体金属无点蚀和晶间腐蚀。
3、本发明操作简单、方便，设备简易，生产成本低廉，对单元钛合金基体不产生过腐蚀，处理效率高。经本发明工艺处理后的单元钛合金氢含量、表面腐蚀形貌等性能指标均达到相关技术标准文件的要求，单元尺寸精度和表面光度符合设计图纸要求，合格率达100％。
4、本发明应用前景广阔，可推广至其它型号零件上使用。
说明书附图
图1为实施例1在去除钛合金α层后钛合金表层500倍放大金相照片。很明显看出，钛合金表层没有α层的存在。
图2为实施例1在去除钛合金α层前18mm厚度的α层金相照片。
图3为实施例2在去除钛合金α层前16mm厚度的α层金相照片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述去除工艺作进一步说明。值得指出的是，给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明保护范围。
实施例1
测算出与航空发动机风扇内机匣单元同材料、经同状态热处理的试样α层厚度为18微米，金相照片如图2所示。
(1)碱洗油渍：将航空发动机风扇内机匣单元浸入碱洗液中于30℃下晃动洗15min，洗除工件表面上的油渍，所述碱洗液为RMC生产的牌号为Biogenic SE374的工业清洗剂用水配制成的体积浓度为12vol％碱洗液；
(2)清洗碱洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从碱洗液中移出，排干机匣内腔的碱洗液，通过吊挂装置浸入清水中进行晃动洗2min，清洗工件表面附着的碱洗液；
(3)确定α层酸洗速率：将与航空发动机风扇内机匣单元同材质已测出α层厚度的试样浸入酸洗液中，于15℃下晃动洗去除α层，根据α层洗除时间计算出α层的酸洗速率，所述酸洗液为由12vol％硝酸与1.5vol％氢氟酸按照质量比不低于10:1配制成的混合酸洗液；
(4)酸洗去除α层：将航空发动机风扇内机匣单元浸入与试样酸洗相同的酸洗液中，采用试样酸洗相同的酸洗条件进行酸洗，酸洗的时间为20min；
(5)清洗酸洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从酸洗液中移出，排干机匣内腔的酸洗液，通过吊挂装置浸入清水中进行晃动洗3min，充分请洗工件表面附着的酸洗液后，用高压水对航空发动机风扇内机匣单元内腔进行充分冲洗1min；
(6)干燥：对充分冲洗后的航空发动机风扇内机匣单元用过压缩空气吹干。
上述步骤中所述晃动洗是通过上下调整吊挂航空发动机内机匣单元的索带长度在平面方向和上下方向进行均匀晃动洗，晃动洗的频率为3次/min。
实施例2
测算出与航空发动机风扇内机匣单元同材料、经同状态热处理的试样α层厚度为16微米，金相照片如图3所示。
(1)碱洗油渍：将航空发动机风扇内机匣单元浸入碱洗液中于35℃下晃动洗10min，洗除工件表面上的油渍，所述碱洗液为RMC生产的牌号为Biogenic SE374的工业清洗剂用水配制成的体积浓度为25vol％碱洗液；
(2)清洗碱洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从碱洗液中移出，排干机匣内腔的碱洗液，通过吊挂装置浸入清水中进行晃动洗5min，清洗工件表面附着的碱洗液；
(3)确定α层酸洗速率：将与航空发动机风扇内机匣单元同材质已测出α层厚度的试样浸入酸洗液中，于15℃下晃动洗去除α层，根据α层洗除时间计算出α层的酸洗速率，所述酸洗液为由16vol％硝酸与2vol％氢氟酸按照质量比不低于10:1配制成的混合酸洗液；
(4)酸洗去除α层：将航空发动机风扇内机匣单元浸入与试样酸洗相同的酸洗液中，采用试样酸洗相同的酸洗条件进行酸洗，酸洗的时间为6min；
(5)清洗酸洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从酸洗液中移出，排干机匣内腔的酸洗液，通过吊挂装置浸入清水中进行晃动洗5min，充分请洗工件表面附着的酸洗液后，用高压水对航空发动机风扇内机匣单元内腔进行充分冲洗5min；
(6)干燥：对充分冲洗后的航空发动机风扇内机匣单元用过压缩空气吹干。
上述步骤中所述晃动洗是通过上下调整吊挂航空发动机内机匣单元的索带长度在平面方向和上下方向进行均匀晃动洗，晃动洗的频率为5次/min。

Claims (6)

1.一种航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)碱洗油渍：将航空发动机风扇内机匣单元浸入碱洗液中于30-35℃下碱洗10-15min，洗除工件表面上的油渍，所述碱洗液为RMC生产的牌号为BiogenicSE374的工业清洗剂用水配制成的体积浓度为10-25vol％碱洗液；
(2)清洗碱洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从碱洗液中移出，排干机匣内腔的碱洗液浸入清水中，清洗工件表面附着的碱洗液；
(3)确定α层酸洗速率：将与航空发动机风扇内机匣单元同材质已测出α层厚度的试样浸入酸洗液中，于15-35℃下酸洗去除α层，根据α层洗除时间计算出α层的酸洗速率，所述酸洗液为由12-16vol％硝酸与1.5-2vol％氢氟酸按照质量比不低于10:1配制成的混合酸洗液；
(4)酸洗去除α层：将航空发动机风扇内机匣单元浸入与试样酸洗相同的酸洗液中，采用试样酸洗相同的酸洗条件进行酸洗，酸洗的时间为：(1.3～2)×工件α层厚度÷α层酸洗速率；
(5)清洗酸洗液：将航空发动机风扇内机匣单元从酸洗液中移出，排干机匣内腔的酸洗液浸入清水中，充分请洗工件表面附着的酸洗液后，用高压水对航空发动机风扇内机匣单元内腔进行充分冲洗；
(6)干燥：对充分冲洗后的航空发动机风扇内机匣单元用过压缩空气吹干。
2.根据权利要求1所述的航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，其特征在于：航空发动机风扇内机匣单元通过吊挂装置浸入碱洗液、清水与酸洗液中进行晃动洗。
3.根据权利要求2所述的航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，其特征在于：通过上下调整吊挂航空发动机内机匣单元的索带长度在平面方向和上下方向进行均匀晃动洗。
4.根据权利要求3所述的航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，其特征在于：晃动洗的频率为3-5次/min。
5.根据权利要求1至4之一所述的航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，其特征在于：清洗碱洗液和酸洗液的时间为2min–5min。
6.根据权利要求1至4之一所述的航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺，其特征在于：用高压水对航空发动机风扇内机匣单元内腔进行冲洗的时间为1min-5min。
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