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鈦合金的切削
發(fā)布日期：[2020-03-30] 點(diǎn)擊率：鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難，小于HB300時(shí)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(gè)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(diǎn)：
(1)變形系數(shù)小：這是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，由于鈦合金的彈性模量小，加工時(shí)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(shí)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(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn)。
(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(shí)，有時(shí)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(shí)，磨損主要發(fā)生在后刀面上；當(dāng)f>0.2 mm/r時(shí)，前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車和半精車時(shí)，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(shí)，允許的切削速度僅為100m/min。
注意事項(xiàng)
在切削鈦合金的過程中，應(yīng)注意的事項(xiàng)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(shí)夾緊力不宜過大，必要時(shí)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(shí)還可能分解或揮發(fā)有毒氣體，使用時(shí)宜采取 an全防護(hù)措施，否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時(shí)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(shí)，沒有發(fā)火危險(xiǎn)，只有在微量切削時(shí)，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?yàn)樗芗铀偃紵?，?導(dǎo)致氫爆炸。
鈦合金特點(diǎn)：
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(shí)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(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)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(gè)實(shí)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(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)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(shí)際應(yīng)用。鈦是周期表中第ⅣB類元素，外觀似鋼，熔點(diǎn)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。