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鈦合金的切削
發(fā)布日期：[2020-03-30] 點擊率：鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難,，小于HB300時則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象,，也難于切削,。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理,、力學(xué)性能間的綜合對其切削加工性的影響,。鈦合金有如下切削特點：
(1)變形系數(shù)小：這是鈦合金切削加工的顯著特點,，變形系數(shù)小于或接近于1,。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損,。
(2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號鋼的1/5～1/7),，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出,，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),，切削溫度很高。在相同的切削條件下,，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上,。
(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小20％，由于切屑與前刀面的接觸長度極短,，單位接觸面積上的切削力大大增加,，容易造成崩刃。同時,，由于鈦合金的彈性模量小,，加工時在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動,，加大刀具磨損并影響零件的精度,。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性,。
(4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大,，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮,；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化,。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損,，是切削鈦合金時的一個很重要特點,。
(5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造,、熱軋等方法加工后,，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象,，使得切除硬皮成為鈦合金加工中zui困難的工序,。另外,，由于鈦合金對刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損,。車削鈦合金時，有時前刀面的磨損甚 比后刀面更為嚴(yán)重,；進(jìn)給量f<0.1 mm/r時,，磨損主要發(fā)生在后刀面上；當(dāng)f>0.2 mm/r時,，前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車和半精車時,，后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適,。
刀具材料
切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā)，選用紅硬性好,、抗彎強(qiáng)度高,、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料,，YG類硬質(zhì)合金比較合適,。由于高速鋼的耐熱性差，因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具,。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8,、YG3、YG6X,、YG6A,、813、643,、YS2T和YD15等,。
涂層刀片和YT類硬質(zhì)合金會與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結(jié)磨損,，不宜用來切削鈦合金,；對于復(fù)雜、多刃刀具,，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo),、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料,，適于制作切削鈦合金的鉆頭,、鉸刀、立銑刀,、拉刀,、絲錐等刀具。
采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果,。如用 金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,，切削速度可達(dá)200 m/min；若不用切削液,，在同等磨損量時,，允許的切削速度僅為100m/min。
注意事項
在切削鈦合金的過程中,，應(yīng)注意的事項有：
(1)由于鈦合金的彈性模量小,，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會降低工件的加工精度,；工件安裝時夾緊力不宜過大,，必要時可增加輔助支承。
(2)如果使用含氯的切削液,，切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣,，被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開裂,。
(3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發(fā)有毒氣體,，使用時宜采取 an全防護(hù)措施，否則不應(yīng)使用,；切削后應(yīng)及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,，處理含氯殘留物。
(4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工,、夾具與鈦合金接觸,，銅、錫,、鎘及其合金也同樣禁止使用,。
(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈,；經(jīng)清洗過的鈦合金零件,，要防止油脂或指印污染，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕,。
(6)一般情況下切削加工鈦合金時,，沒有發(fā)火危險，只有在微量切削時,，切下的細(xì)小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象,。為了避免火災(zāi)，除大量澆注切削液之外,，還應(yīng)防止切屑在機(jī)床上堆積,，刀具用鈍后立即進(jìn)行更換,，或降低切削速度，加大進(jìn)給量以加大切屑厚度,。若一旦著火,，應(yīng)采用滑石粉、石灰石粉末,、干砂等滅火器材進(jìn)行撲滅,，嚴(yán)禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器,，也不能澆水,，因為水能加速燃燒，甚 導(dǎo)致氫爆炸,。
鈦合金特點：
鈦金屬的密度較小,，為4.5g/cm3，僅為鐵的60%,，通常與鋁、鎂等被稱為輕金屬,，其相應(yīng)的鈦合金,、鋁合金、鎂合金則稱為輕合金,。世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性,，相繼對鈦合金材料進(jìn)行研究開發(fā)，并且得到了實際應(yīng)用,。鈦是二十世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬,，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好,、耐熱性高,、易焊接等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域，尤其是強(qiáng)度高,、易焊接性能有利于高爾夫桿頭的制造,。
個實用的鈦合金是1954年美國研制成功的Ti-6Al（鋁）-4V（礬）合金。Ti-6Al-4V合金在耐熱性,、強(qiáng)度,、塑性、韌性,、成形性,、可焊性、耐蝕性和生物相容性方面均達(dá)到較好水平,。 Ti-6Al-4V合金使用量已占全部鈦合金的75~85%,。許多其它合金可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型,。目前，世界上已研制出的鈦合金有數(shù)百種,，zui 的合金有二十 三十種,，例如，有Ti-6Al-4V,、Ti-5Al- 2.5Sn,、Ti-2Al-2.5Zr、Ti -32Mo,、Ti-Mo-Ni,、Ti-Pd、Ti-811,、Ti-6242,、Ti-1023、Ti-10-5-3,、Ti-1100,、BT9、BT20,、 IMI829,、IMI834等；用于球桿制造的有10-2-3,SP700,15-3-3-3（通常所說的β鈦）,22-4,DAT51,。
鈦合金應(yīng)用：
鈦合金是一種新型結(jié)構(gòu)材料,，它具有好的的綜合性能，如密度?。▇4.5g?cm-3）,，比強(qiáng)度和比斷裂韌性高，疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好,，低溫韌性良好,，抗蝕性能好的，某些鈦合金的zui高工作溫度為550ºC,，預(yù)期可達(dá)700ºC,。因此它在航空、航天,、化工,、造船等工業(yè)部門獲得日益廣泛的應(yīng)用，發(fā)展迅猛,。輕合金,、鋼等的（σ0.2/密度）與溫度的關(guān)系，鈦合金的比強(qiáng)高于其他輕金屬,、鋼和鎳合金,，并且這一優(yōu)勢可以保持到500ºC左右,，因此某些鈦合金適于制造燃?xì)廨啓C(jī)部件。鈦產(chǎn)量中約80%用于航空和宇航工業(yè),。例如美國的B-1轟炸機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料中,，鈦合金約占21%，主要用于制造機(jī)身,、機(jī)翼,、蒙皮和承力構(gòu)件。F-15戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料,，鈦合金用量達(dá)7000kg ,，約占結(jié)構(gòu)重量的34%。波音757客機(jī)的結(jié)構(gòu)件,，鈦合金約占5%,，用量達(dá)3640 kg。麥克唐納?道格拉斯（Mc-Donnell-Dounlas）公司生產(chǎn)的DC10飛機(jī),，鈦合金用量達(dá)5500kg,，占結(jié)構(gòu)重量的10%以上。在化學(xué)和一般工程領(lǐng)域的鈦用量：美國約占其產(chǎn)量的15%,，歐洲約占40%,。由于鈦及其合金的好的抗蝕性能，良好的力學(xué)性能,，以及合格的組織相容性，使它用于制作假體裝置等生物材料,。
鈦合金知識
鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬,，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好,、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域,。世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性，相繼對其進(jìn)行研究開發(fā),，并得到了實際應(yīng)用,。鈦是周期表中第ⅣB類元素，外觀似鋼,，熔點達(dá)1 672 ℃,，屬難熔金屬。鈦在地殼中含量較豐富,，遠(yuǎn)高于Cu,、Zn、Sn,、Pb等常見金屬,。我國鈦的資源極為豐富,，僅四川攀枝花地區(qū)發(fā)現(xiàn)的特大型釩鈦磁鐵礦中，伴生鈦金屬儲量約達(dá)4.2億噸,，接近國外探明鈦儲量的總和,。
鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強(qiáng)合金,、耐蝕合金(鈦-鉬,，鈦-鈀合金等)、低溫合金以及特殊功能合金(鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金)等,。