前言：本文旨在探討航空領(lǐng)域鈦合金常見問題與巴索公司植物油基切削液的應(yīng)用解決方案等

　　鈦合金以其比強(qiáng)度高殊青、機(jī)械性能及抗蝕性良好而成為飛機(jī)及發(fā)動機(jī)理想的制造材料矩距，但由于其切削加工性差捞镰，長期以來在很大程度上制約了它的應(yīng)用忆绰。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展浩峡，近年來，鈦合金已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)段律馏、發(fā)動機(jī)罩村钧、排氣裝置等零件的制造以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件的制造。

20世紀(jì)50年代腥浪，軍用飛機(jī)進(jìn)入了超聲速時代臊骂，航空發(fā)動機(jī)相應(yīng)地進(jìn)入噴氣發(fā)動機(jī)時代，原有的鋁、鋼結(jié)構(gòu)已不能滿足新的需求搪狈。鈦合金恰恰在這個時候進(jìn)入了工業(yè)性發(fā)展階段剪碱，由于它具有比強(qiáng)度高、使用溫度范圍寬（－269～600℃）延幻、抗蝕性好和其他一些可利用的特性穆递，因此很快被選用于飛機(jī)及航空發(fā)動機(jī)。50年來的世界鈦市場中最大的用戶始終屬于航空林品。當(dāng)前词惭，航空仍然占50％左右市場份額。

　　鈦合金在航空中主要用途

　　鈦合金特點及切削加工性

　　鈦合金相對一般合金鋼具有以下優(yōu)點：
　　比強(qiáng)變高：鈦合金密度只有4.5g/cm3增队，比鐵小得多扣墩，而其強(qiáng)度與普通碳鋼相近。
　　機(jī)械性能好：鈦合金熔點為1660℃扛吞，比鐵高呻惕，具有較高的熱強(qiáng)度，可在550℃以下工作滥比，同時在低溫下通常顯示出較好的韌性亚脆。
　　抗蝕性好：在550℃以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜，故不容易被進(jìn)一步氧化盲泛，對大氣濒持、海水、蒸汽以及一些酸寺滚、堿柑营、鹽介質(zhì)均有較高的抗蝕能力。

　　另一方面村视，鈦合金的切削加工性比較差官套。主要原因為：
　　導(dǎo)熱性差，致使切削溫度很高蚁孔，降低了刀具耐用度虏杰。
　　600℃以上溫度時，表面形成氧化硬層毁几，對刀具有強(qiáng)烈的磨損作用。
　　塑性低孝尺、硬度高陵租，使剪切角增大，切屑與前刀面接觸長度很小洼宪，前刀面上應(yīng)力很大育床，刀刃易發(fā)生破損。
　　彈性模量低，彈性變形大松浆，接近后刀面處工件表面回彈量大窑竖，所以已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴(yán)重旧晴。同時在刀具設(shè)計中盡可能采用較短刀桿适固。
　　鈦合金切削過程中的這些特點使其加工變得十分困難，導(dǎo)致加工效率低遮尚，刀具消耗大誊涯。

圖1：鈦合金零件銑削加工

　　鈦合金切削加工的一些原則

　　根據(jù)鈦合金的性質(zhì)和切削過程中的特點，加工時應(yīng)考慮以下幾個方面：
　　盡可能使用硬質(zhì)合金刀具蒜撮，如鎢鈷類硬質(zhì)合金與鈦合金化學(xué)親和力小暴构、導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度也較高段磨。低速下斷續(xù)切削時可選用耐沖擊的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金取逾，成形和復(fù)雜刀具可用高溫性能好的高速鋼。

　　采用較小的前角和較大的后角以增大切屑與前刀面的接觸長度苹支，減小工件與后刀面的摩擦砾隅，刀尖采用圓弧過渡刃以提高強(qiáng)度，避免尖角燒損和崩刃沐序。要保持刀刃鋒利琉用，以保證排屑流暢，避免粘屑崩刃策幼。

　　切削速度宜低邑时，以免切削溫度過高；進(jìn)給量適中特姐，過大易燒刀晶丘，過小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過快；切削深度可較大裁鸦，使刀尖在硬化層以下工作象体，有利于提高刀具耐用度。

　　加工時肮脱，切削液的選擇至關(guān)重要档改，美國洛克希德公司認(rèn)為氯會導(dǎo)致表面硬化加劇，產(chǎn)生晶間腐蝕夜痊，因此水性產(chǎn)品最好不含氯谅囚。

　　附：關(guān)于晶間腐蝕intercrystaline

　　corrosion，這是沿金屬晶粒間界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕淆捆。鈦及其合金與氧有很強(qiáng)的親合力雄防，很易形成高穩(wěn)定性的氧化膜，即使因機(jī)械原因遭到破壞也能很快恢復(fù)。但不是萬能耐蝕材料康局，長期或重復(fù)與氯化物溶液接觸會使鈦金屬結(jié)構(gòu)性能下降概尝。鈦的縫隙腐蝕主要發(fā)生在高溫鹵素離子溶液中、濕氯氣和含有氯氣的工業(yè)大氣中蟆盐；經(jīng)常發(fā)生在縫隙表面局部區(qū)域承边，在過程中往往要吸氫，且隨著吸氫量增大舱禽，表面積聚大量氫化物導(dǎo)致微裂紋形成炒刁，在外應(yīng)力作用下產(chǎn)生開裂。

　　僅就切削液而言誊稚，選用植物油基的切削液是最優(yōu)方案翔始。

　　植物油基切削液

　　在機(jī)加工應(yīng)用領(lǐng)域中，引進(jìn)植物油基冷卻液可使機(jī)械切削性能全面提高里伯。作為一項經(jīng)過實踐驗證的技術(shù)城瞎，自20世紀(jì)60年代以來，植物油一直被認(rèn)為具有超級潤滑性能疾瓮。而在當(dāng)時能選用作為機(jī)加工潤滑劑的只局限于含有各種添加劑的礦物油基冷卻液脖镀。今天，新一代的乳化劑和穩(wěn)定劑使植物油基冷卻液在各種機(jī)加工應(yīng)用領(lǐng)域得到實際應(yīng)用狼电。由于在加工工藝中采用了這類冷卻液蜒灰，因此生產(chǎn)率也大大提高。據(jù)報道哥钉，使生產(chǎn)率提高20 %到30 %是很普遍的蜗原。此外，刀具的使用壽命也提高了50 %以上峦铲。巴索公司從20世紀(jì)90年代開始推出了自己的VASCO系列植物油基切削液以及VASCOMILL系列植物油基切削油嗤锯。

　　巴索公司的努力在加工穩(wěn)定性和在加工中保持高潤滑性經(jīng)受了考驗。由于植物油基切削液呈兩極分子結(jié)構(gòu)筑轻，其潤滑效果比礦物油基切削液要好钉栈，從而明顯提高了切削速度，延長了刀具的耐用度具雹。某些企業(yè)反饋刀具的使用壽命甚至延長了一倍滥庭。另外，其加工過程中的穩(wěn)定性也高于其他切削液衔系，由于磨損緩慢胞讯，從而保證了批量加工的最后一個工件的加工精度與第一個工件一樣。    

　　植物油的高潤滑性能是由植物油分子的基本成分以及其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定鹊获。以植物油為基礎(chǔ)的冷卻液，其潤滑性能產(chǎn)生于植物油成分的固有“油性”，這種特性是直接由植物油“機(jī)靈的分子”所造成的結(jié)果刹碾。這類分子很長燥撞，很重，具有兩極性迷帜，即：分子的兩端帶有相反的電荷物舒。

   
　　分子的兩個“極端”對金屬表面具有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，它們像微小的磁鐵那樣戏锹，緊緊地吸附在金屬的表面上冠胯。植物油分子垂直、緊密锦针、均勻地排列在金屬的表面上荠察，結(jié)果在其表面形成一層厚厚的、結(jié)實奈搜、耐久的潤滑薄膜悉盆。

圖2：礦物油基與植物油基油膜排列比較

　　相反，礦物油的分子是不帶極性的馋吗。它們在金屬表面上的分布排列是不規(guī)則的焕盟，因此所產(chǎn)生的潤滑層比較薄弱。植物油的粘溫指數(shù)越高福咙，就越能保證其在操作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的潤滑特性铣飘。隨著加工溫度的提高，植物油的粘度降低速率比礦物油慢秋孕。相反卤酬，隨著溫度的降低，植物油的液態(tài)流動性要比礦物油好栅告，有利于與切屑和工件分離睛至。而且其熔點較高，有利于提高金屬切削率域抚，降低煙霧的形成治部，減少發(fā)生火災(zāi)的危險。

　　植物油分子的大小十分均勻涵蔓，而礦物油分子的大小變化范圍很大沧蛉。因此，礦物油的物理特性滋遗，例如其在蒸發(fā)時和達(dá)到沸點時的粘度受到很大的影響蟀思，而植物油因蒸發(fā)和霧化造成的損耗卻極低。這樣可為人們營造出一個健康和清潔的工作環(huán)境溉跃。

　　鈦合金加工的一些應(yīng)用

　　航空行業(yè)一直是巴索公司的重點行業(yè)村刨，全球許多航空制造企業(yè)都對巴索公司產(chǎn)品給予極高肯定告抄。
　　巴索公司產(chǎn)品在使用的有
　　波音公司：論證號BAC 5008，BLASOCUT與VASCO系列
　　Rolls Royce羅爾斯羅伊斯公司：論證號CSS No 129&131 TYPE A嵌牺，VASCO系列等
　　空中客車公司：VASCO系列等
　　GE航空發(fā)動機(jī)：BLASOCUT系列
　　EADS歐洲航宇防務(wù)集團(tuán)：BLASOCUT與VASCO系列等等打洼。。逆粹。募疮。。僻弹。

圖3：使用巴索切削液加工出的羅羅公司的航空發(fā)動機(jī)

　　對于鈦合金加工來說阿浓，解決刀具磨損嚴(yán)重是一大課題，巴索公司的VASCO系列切削液很好的解決了問題蹋绽。在某航空企業(yè)現(xiàn)場的對比數(shù)據(jù)顯示巴索公司的產(chǎn)品比同行們節(jié)省刀具消耗50％以上

　
　　鈦合金加工中不同切削液刀具磨損對比

　　切削速度35m/min芭毙，進(jìn)刀量0.15mm     

藍(lán)色線：其它品牌切削液   粉色線：Vasco 1000 綠色線：Vasco 5000
圖4：不同切削液加工鈦合金刀具損耗比較

　　Pratt and Whitney普惠公司是一家著名的航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)商，在其一臺蠕動磨床上蟋字，巴索的VASCO 5000有效解決了先前問題遇冶。

　　眾所周知，磨削鈦合金零件常見的問題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷枫须。其原因是鈦合金的導(dǎo)熱性差涧智，使磨削區(qū)產(chǎn)生高溫，從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結(jié)新俗、擴(kuò)散以及強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)誊桅。粘屑和砂輪堵塞導(dǎo)致磨削比顯著下降，擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果都鸳，使工件被磨表面燒傷难踱，導(dǎo)致零件疲勞強(qiáng)度降低，這在磨削鈦合金鑄件時更為明顯猪楣。

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