鈦合金以優(yōu)異的綜合力學性能捂刺、低密度以及良好的耐腐蝕性递胧，被譽為是一種使人類走向太空時代的戰(zhàn)略性金屬材料霎烙，不僅在航空航天及軍工領(lǐng)域得到廣泛的使用撬讽，而且開始逐漸滲透到經(jīng)濟生活的各個方面。隨著中國航空航天事業(yè)的發(fā)展悬垃，鈦合金的加工技術(shù)受到更多的關(guān)注和研究游昼。

　　鈦合金的分類

　　鈦合金按照不同的方法有不同的分類，最常用的分類方法是按退火后組織特點分類盗忱，可分成α酱床、α+β、β型鈦合金趟佃。

　　α型鈦合金密度小扇谣，有很好的熱強性和熱穩(wěn)定性，焊接性能好闲昭，室溫冕咒、超低溫和高溫性能良好撑葡，但不能進行熱處理強化。例如TiAl在600℃時彭理，仍然有很高的強度艾抠，而且蠕變性能、熱穩(wěn)定性凝顿、疲勞性能和斷裂韌性等方面都有好的表現(xiàn)惑妒，常用于噴氣發(fā)動機渦輪盤和葉片的制造。

　　α+β型鈦合金雙相合金菌菇，組織穩(wěn)定泛驰，韌性、塑性和高溫變形性能隨著β相穩(wěn)定元素的增加而提高浪顽；有較好的熱壓力加工性寺帽，能進行淬火時效使合金強化，熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50％~100％东悔；高溫強度高凸协，可在400~500℃的溫度下長期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金汗捡。α+β型鈦合金中Ti-6Al-4V(中國牌號TC4)是鈦合金中使用量最大的鈦合金淑际，在美國，其產(chǎn)量占鈦合金產(chǎn)量一半以上凉唐，以其優(yōu)良的綜合力學性能和切削加工性大量用于航空零件制造庸追。

　　β鈦合金是β相固溶體組成的單相合金，室溫的強度較高台囱，冷加工和冷成型加工能力強，未熱處理即具有較高的強度读整，淬火時效后合金強度得到進一步強化簿训，室溫強度可達1372~1666MPa；但熱穩(wěn)定性較差米间，不宜在高溫下使用强品。

　　鈦合金切削加工的特點

　　鈦合金本身所具有的物理和化學性能給切削加工帶來了困難，具體表現(xiàn)有以下6點屈糊。

　　(1)鈦合金的導熱性差的榛，是不良導熱體金屬材料。由于導熱潦故、導溫系數(shù)小仔同，是45號鋼的1/6，所以在加工時所產(chǎn)生的高熱量不能有效擴散庐穴，同時刀具的切削刃和切屑的接觸長度短圃靖，使熱量大量聚集在切削刃上龙喂，溫度急劇上升，導致刀刃的紅硬性下降榛蜻，刀刃軟化秧梨，加快刀具磨損。

　　(2)鈦合金的親和力大盅力。鈦合金在加工中黏刀現(xiàn)象嚴重妻行。增大了刀體與工件的摩擦，摩擦導致大量的熱按任，降低了刀具的使用壽命汉疮。

　　(3)高的化學活性。在加工中乏唤，隨著切屑溫度的升高颗介，容易與空氣中的O、N苇经、CO赘理、CO2、H2O等發(fā)生反應(yīng)扇单，使間隙元素O商模、N的含量增加，工件的表面氧化變硬蜘澜，難以加工施流，增大了刀具單位面積上所承受的切削力，刀尖應(yīng)力變大鄙信，同時使前刀面和后刀面與工件的摩擦加劇瞪醋，這將導致刀刃迅速磨損或崩刃。

　　(4)鈦合金的變形系數(shù)不大于1装诡。在切削加工中银受，刀-屑接觸面積小，增大了切屑和前刀面的摩擦鸦采，提高了切削溫度宾巍，加快了刀具前刀面磨損。

　　(5)鈦合金的彈性模量小蜗南，在切削中容易產(chǎn)生較大變形叭蜂、回彈、扭曲和振動饰测，造成加工件幾何形狀和精度差唬研，表面粗糙度增大，刀具磨損增加紧甫。

　　(6)不同的加工方法昵鳍，鈦合金的加工難度不同抢必。按機械加工由易到難排序為：車削、銑削难宋、鉆削耗鲸、磨削。其中鉆小直徑深孔更困難乙闰。

　　鈦合金切削加工的刀具材料

　　鈦合金加工的高成本是阻礙其廣泛使用的主要原因懒潘，尋求一種高效率、低成本的加工方法已成為當今鈦合金研究的熱點互墓。刀具材料的選擇對于鈦合金的加工有很大影響必尼。加工鈦合金的理想刀具材料必須同時具備較高的熱硬度，良好的韌性篡撵、耐磨性判莉，高的導熱系數(shù)和較低的化學活性，在銑削時育谬，刀具還應(yīng)具有良好的抗沖擊性券盅。

　　當今在生產(chǎn)實際中用來加工鈦合金的刀具材料主要有：硬質(zhì)合金、聚晶金剛石(PCD)膛檀、聚晶立方氮化硼(PCBN)等锰镀。經(jīng)過生產(chǎn)實際驗證，硬質(zhì)合金和PCD刀具被認為是加工鈦合金比較理想的刀具材料咖刃。

　　1硬質(zhì)合金刀具

　　硬質(zhì)合金刀具是目前加工鈦合金應(yīng)用最為廣泛的一種刀具泳炉。因其低廉的價格、優(yōu)良的導熱性嚎杨、較高的硬度花鹅、韌性和紅硬性己成為國內(nèi)企業(yè)加工鈦合金的首選。硬質(zhì)合金按晶粒的大小可分為普通硬質(zhì)合金枫浙、細晶粒硬質(zhì)合金和超細晶粒硬質(zhì)合金昵裁；按化學成分可分為鎢鈷類(YG)、鎢鈷鈦類(YT)和添加稀有碳化物類(YW)暖经。由于鎢鈷鈦(YT)類刀具和鈦合金有強烈的親和力，所以目前在工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用的仍然是鎢鈷類硬質(zhì)合金YG8叽燃、YG6缕沟、YG3等。如果使用添加的稀有金屬的細晶粒硬質(zhì)合金YA6校惧、YD15葛暇、YG10H、YS2等竣篷，可提高刀具的壽命和加工效率尼软。

　　硬質(zhì)合金加工鈦合金速度可以達到45m/min以上熄晕，但當切削速度繼續(xù)增加時，刀具和工件接觸面的溫度迅速升高便透，同時由于Co的熔點較低尔网，在高的切削溫度及元素擴散作用下，造成了刀具材料中W和Co元素的擴散和流失航厚，降低了刀具的硬度和韌性顷歌，使硬質(zhì)合金刀具發(fā)生嚴重的塑性變形、粘結(jié)磨損和擴散磨損幔睬，導致刀具失效眯漩，因此，硬質(zhì)合金刀具只適合切削速度小于75m/min的鈦合金麻顶。

　　2聚晶金剛石(PCD)刀具

　　聚晶金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性赦抖、刃口鋒利、低摩擦系數(shù)辅肾、高彈性模量队萤、高導熱系數(shù)、以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點宛瞄。

　　金剛石刀具主要有聚晶金剛石(PCD)刀具和化學氣相沉積刀具(VCD)金剛石刀具浮禾。金剛石類刀具適用于鈦合金的精加工和超精加工。金剛石的耐熱溫度只有700~800℃份汗，加工時必須進行充分的冷卻和潤滑盈电。試驗表明，在切削速度105m/min的情況下車削鈦合金Ti-6A1-4V時伤刑，PCD刀具并沒有發(fā)生粘結(jié)磨損探快，在刀具前、后刀面也都粘有較多鈦合金入撇，這些粘著物會被切屑慢慢帶走榨狐，不會圖2硬質(zhì)合金刀具對切削刃帶來損害，因為在刀具表面會形成一層薄薄的TiC層晤裆，這種TiC層很穩(wěn)定咱漱，能很大程度降低PCD刀具前、后刀面的粘結(jié)和擴散磨損停间。但是由于PCD刀具刀尖鋒利和切削溫度高温履，在切削加工中更易發(fā)生微崩刃和石墨化引起的溝槽磨損。

　　3聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具

　　聚晶立方氫化硼PCBN車刀叙棚，PCBN刀具的硬度雖然略低于金剛石亥护，但卻遠遠高于其他高硬度材料，而且PCBN刀具熱穩(wěn)定比金剛石高得多粗排，可達到1200℃以上绎彪，適合高溫干切削诈火。另一個優(yōu)點是化學惰性大，與鈦合金在1200℃不起化學反應(yīng)状答。

　　PCBN刀具加工鈦合金與硬質(zhì)合金刀具相比冷守，有著切削速度高、表面粗糙度低和刀具壽命長等特點剪况，并且在高速教沾、低進給量、低背吃刀量的條件下译断，有更長的刀具壽命和非常好的工件加工表面粗糙度授翻，因此PCBN刀具更適合用作鈦合金的精加工，但由于PCBN刀具脆性很大孙咪，在切削加工中應(yīng)重視刀具可能產(chǎn)生的破損和崩刃問題堪唐。

　　鈦合金切削加工的一般原則美國、日本翎蹈、前蘇聯(lián)從20世紀60年代開始淮菠，由于軍事工業(yè)和飛機制造業(yè)的需要，開始對鈦合金的切削加工原則進行系統(tǒng)的研究荤堪，并獲得了大量的成果合陵。鈦合金主要的切削原則有以下5點。

　　(1)切削速度：切削速度是影響刀刃溫度的重要因素办适。過高的切削速度會導致刀刃過熱玉唉、刀刃粘結(jié)和擴散磨損嚴重，刀具重磨頻繁点溶，會縮短刀具壽命婚拭。同時會導致鈦合金工件表面層開裂或氧化，影響其力學性能比端，所以應(yīng)在保證較大的刀具耐用度的前提下墅波，選擇適當?shù)那邢魉俣龋档统杀厩帜睿ＷC加工質(zhì)量帚棚。

　　(2)進刀深度和走刀量：走刀量的變化對溫度的變化不大，所以降低切削速度增大走刀量是合理的切削方式捎虚。如果有氧化層和皮下氣孔層的情況暗环，大的切深可以直接切到基體未氧化金屬層，提高刀具的壽命亮花。

　　(3)刀具的幾何角度：在切削鈦合金時選擇與加工方法相適應(yīng)的前角和后角等幾何參數(shù)并對刀尖適當?shù)奶幚恚瑫η邢餍屎偷毒叩膲勖兄匾挠绊懝Ｔ囼炞C明恋谭，當車削時為了改善散熱條件和增強切削刃糠睡，前角一般取5°~9°；為了克服因回彈而造成的摩擦疚颊，刀體的后刀面一般取10°~15°狈孔；當鉆孔時，縮短鉆頭長度材义、增加鉆心的厚度和導錐量均抽，鉆頭的耐用度可提高好幾倍。

　　(4)夾具的夾緊力：鈦合金易變形其掂，夾緊力不能過大油挥，特別在精加工工序時，可以選擇一定的輔助支承款熬。

　　(5)切削液：切削液是鈦合金加工中不可缺少的工藝潤滑油深寥。切削液不僅可以有效降低切削溫度，減少刀具和切削摩擦產(chǎn)生的熱量贤牛，還可以充當切削過程的潤滑劑怀程，減少鈦合金的切屑和刀具面的黏結(jié)，提高效率钝菲、降低成本遣备，延長刀具的壽命。但不能使用含有氯或其他鹵元素和含硫的切削液术偿，這類切削液會對鈦合金的力學性能產(chǎn)生不良影響休贴。

　　結(jié)束語

　　綜上所述，鈦合金因其優(yōu)良的性能在航空航天工業(yè)的使用比例逐年增加邦孽，但受切削加工成本高和加工效率低的影響已堆，目前應(yīng)用仍然受到較大限制。隨著刀具材料的研發(fā)和加工工藝的不斷完善揣喻，鈦合金的加工效率會大大地提高你拗，加工成本將會明顯下降，從而在造船汰畔、汽車制造括绣、化工、電子捂滓、海洋開發(fā)等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景监氢。

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