鈦合金以其比強(qiáng)度高、機(jī)械性能及抗蝕性良好而成為飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)理想的制造材料，但由于其切削加工性差，長(zhǎng)期以來在很大程度上制約了它的應(yīng)用呀舔。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展弥虐，近年來扩灯，鈦合金已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)段、發(fā)動(dòng)機(jī)罩霜瘪、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)框架件的制造珠插。

20世紀(jì)50年代，軍用飛機(jī)進(jìn)入了超聲速時(shí)代颖对，航空發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)地進(jìn)入噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代捻撑，原有的鋁、鋼結(jié)構(gòu)已不能滿足新的需求缤底。鈦合金恰恰在這個(gè)時(shí)候進(jìn)入了工業(yè)性發(fā)展階段顾患，由于它具有比強(qiáng)度高、使用溫度范圍寬（－269～600℃）个唧、抗蝕性好和其他一些可利用的特性江解，因此很快被選用于飛機(jī)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)设预。50年來的世界鈦市場(chǎng)中最大的用戶始終屬于航空。當(dāng)前废筒，航空仍然占50％左右市場(chǎng)份額焦忌。

鈦合金在航空中主要用途

合金系和類型	代號(hào)	產(chǎn)品種類	主要用途
工業(yè)純鈦	TA1、TA2棉挤、TA3	板绳粮、帶、管岳扒、棒需天、線、鑄件	飛機(jī)骨架掘叫、蒙皮责某、發(fā)動(dòng)機(jī)部件
鈦鋁合金	TA6	板、棒郁秦、管喘茵、鑄件	飛機(jī)蒙皮、骨架零件能说、壓氣機(jī)殼體丈轻、葉片等
鈦鋁釩合金	TC4、TC10	板绎谦、棒管闷、管	飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件、起落支架等
鈦釩鉻合金	TC5	厚板窃肠、棒包个、鍛件	支架結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)導(dǎo)管等

鈦合金特點(diǎn)及切削加工性

鈦合金相對(duì)一般合金鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)：

·比強(qiáng)變高：鈦合金密度只有4.5g/cm3冤留，比鐵小得多碧囊，而其強(qiáng)度與普通碳鋼相近。
·機(jī)械性能好：鈦合金熔點(diǎn)為1660℃纤怒，比鐵高糯而，具有較高的熱強(qiáng)度，可在550℃以下工作泊窘，同時(shí)在低溫下通常顯示出較好的韌性熄驼。
·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)一步氧化烘豹，對(duì)大氣瓜贾、海水、蒸汽以及一些酸、堿誊殊、鹽介質(zhì)均有較高的抗蝕能力烂多。

另一方面，鈦合金的切削加工性比較差沟乘。主要原因?yàn)椋?

·導(dǎo)熱性差盒酷，致使切削溫度很高，降低了刀具耐用度伟铸。600℃以上溫度時(shí)迟书，表面形成氧化硬層，對(duì)刀具有強(qiáng)烈的磨損作用厘沉。
·塑性低伴罢、硬度高，使剪切角增大护丢，切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度很小挚性，前刀面上應(yīng)力很大，刀刃易發(fā)生破損砂沛。
·彈性模量低烫扼，彈性變形大，接近后刀面處工件表面回彈量大碍庵，所以已加工表面與后刀面的接觸面積大映企，磨損嚴(yán)重。同時(shí)在刀具設(shè)計(jì)中盡可能采用較短刀桿静浴。
·鈦合金切削過程中的這些特點(diǎn)使其加工變得十分困難堰氓，導(dǎo)致加工效率低，刀具消耗大苹享。

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(diǎn)双絮，加工時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

盡可能使用硬質(zhì)合金刀具，如鎢鈷類硬質(zhì)合金與鈦合金化學(xué)親和力小得问、導(dǎo)熱性好囤攀、強(qiáng)度也較高。低速下斷續(xù)切削時(shí)可選用耐沖擊的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金椭赋，成形和復(fù)雜刀具可用高溫性能好的高速鋼抚岗。

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(zhǎng)度或杠，減小工件與后刀面的摩擦哪怔，刀尖采用圓弧過渡刃以提高強(qiáng)度，避免尖角燒損和崩刃赵溢。要保持刀刃鋒利夷硅，以保證排屑流暢，避免粘屑崩刃。

切削速度宜低氢滋，以免切削溫度過高谦牛；進(jìn)給量適中，過大易燒刀价忙，過小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過快住建；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作皮围，有利于提高刀具耐用度逆辐。

加工時(shí)，切削液的選擇至關(guān)重要捏裂，美國(guó)洛克希德公司認(rèn)為氯會(huì)導(dǎo)致表面硬化加劇唧尊，產(chǎn)生晶間腐蝕，因此水性產(chǎn)品最好不含氯吩屹。

附：關(guān)于晶間腐蝕intercrystaline corrosion跪另，這是沿金屬晶粒間界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。鈦及其合金與氧有很強(qiáng)的親合力煤搜，很易形成高穩(wěn)定性的氧化膜免绿，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擦盾，長(zhǎng)期或重復(fù)與氯化物溶液接觸會(huì)使鈦金屬結(jié)構(gòu)性能下降针姿。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)大氣中厌衙；經(jīng)常發(fā)生在縫隙表面局部區(qū)域距淫，在過程中往往要吸氫，且隨著吸氫量增大婶希，表面積聚大量氫化物導(dǎo)致微裂紋形成榕暇，在外應(yīng)力作用下產(chǎn)生開裂。

僅就切削液而言喻杈，選用植物油基的切削液是最優(yōu)方案彤枢。

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筒饰。作為一項(xiàng)經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的技術(shù)须彼，自20世紀(jì)60年代以來，植物油一直被認(rèn)為具有超級(jí)潤(rùn)滑性能捶益。而在當(dāng)時(shí)能選用作為機(jī)加工潤(rùn)滑劑的只局限于含有各種添加劑的礦物油基冷卻液司箫。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(shí)際應(yīng)用锌拾。由于在加工工藝中采用了這類冷卻液绕众，因此生產(chǎn)率也大大提高瞪卜。據(jù)報(bào)道，使生產(chǎn)率提高20 %到30 %是很普遍的姆已。此外畴文，刀具的使用壽命也提高了50 %以上。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急响。

巴索公司的努力在加工穩(wěn)定性和在加工中保持高潤(rùn)滑性經(jīng)受了考驗(yàn)删猿。由于植物油基切削液呈兩極分子結(jié)構(gòu)，其潤(rùn)滑效果比礦物油基切削液要好嘱悄，從而明顯提高了切削速度口溃，延長(zhǎng)了刀具的耐用度。某些企業(yè)反饋刀具的使用壽命甚至延長(zhǎng)了一倍旷偿。另外烹俗，其加工過程中的穩(wěn)定性也高于其他切削液，由于磨損緩慢萍程，從而保證了批量加工的最后一個(gè)工件的加工精度與第一個(gè)工件一樣幢妄。

植物油的高潤(rùn)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。以植物油為基礎(chǔ)的冷卻液茫负，其潤(rùn)滑性能產(chǎn)生于植物油成分的固有“油性”蕉鸳，這種特性是直接由植物油“機(jī)靈的分子”所造成的結(jié)果。這類分子很長(zhǎng)忍法，很重潮尝，具有兩極性，即：分子的兩端帶有相反的電荷饿序。

分子的兩個(gè)“極端”對(duì)金屬表面具有很強(qiáng)的化學(xué)親和力勉失，它們像微小的磁鐵那樣，緊緊地吸附在金屬的表面上原探。植物油分子垂直乱凿、緊密、均勻地排列在金屬的表面上芯妇，結(jié)果在其表面形成一層厚厚的帝璃、結(jié)實(shí)、耐久的潤(rùn)滑薄膜肃刁。

密油膜排列

礦物油基與植物油基油膜排列比較

相反茎陪，礦物油的分子是不帶極性的。它們?cè)诮饘俦砻嫔系姆植寂帕惺遣灰?guī)則的孙泵，因此所產(chǎn)生的潤(rùn)滑層比較薄弱烫王。植物油的粘溫指數(shù)越高，就越能保證其在操作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的潤(rùn)滑特性芦槽。隨著加工溫度的提高棋少，植物油的粘度降低速率比礦物油慢杯娶。相反黎伤，隨著溫度的降低儡特，植物油的液態(tài)流動(dòng)性要比礦物油好，有利于與切屑和工件分離催舅。而且其熔點(diǎn)較高疏唾，有利于提高金屬切削率，降低煙霧的形成函似，減少發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)槐脏。

植物油分子的大小十分均勻，而礦物油分子的大小變化范圍很大撇寞。因此顿天，礦物油的物理特性，例如其在蒸發(fā)時(shí)和達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)的粘度受到很大的影響蔑担，而植物油因蒸發(fā)和霧化造成的損耗卻極低牌废。這樣可為人們營(yíng)造出一個(gè)健康和清潔的工作環(huán)境。

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(diǎn)行業(yè)啤握，全球許多航空制造企業(yè)都對(duì)巴索公司產(chǎn)品給予極高肯定鸟缕。

巴索公司產(chǎn)品在使用的有
波音公司：論證號(hào)BAC 5008，BLASOCUT與VASCO系列
Rolls Royce羅爾斯羅伊斯公司：論證號(hào)CSS No 129&131 TYPE A排抬，VASCO系列等
空中客車公司：VASCO系列等
GE航空發(fā)動(dòng)機(jī)：BLASOCUT系列
EADS歐洲航宇防務(wù)集團(tuán)：BLASOCUT與VASCO系列
等等...

對(duì)于鈦合金加工來說懂从，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蹲蒲。在某航空企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)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(duì)比

圖2：不同切削液加工鈦合金刀具損耗比較
切削速度35m/min番甩，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

Pratt and Whitney普惠公司是一家著名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商，在其一臺(tái)蠕動(dòng)磨床上牲羊，巴索的VASCO 5000有效解決了先前問題妆浅。

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忍具。其原因是鈦合金的導(dǎo)熱性差爵缸，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)却怪、擴(kuò)散以及強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)晚饰。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)果殷感，使工件被磨表面燒傷窃橄，導(dǎo)致零件疲勞強(qiáng)度降低，這在磨削鈦合金鑄件時(shí)更為明顯熏迷。

與原使用產(chǎn)品相比赵腰，使用壽命由6個(gè)月提高到18個(gè)月都癣，砂輪壽命增長(zhǎng)20％，客戶年總成本節(jié)省26896美元敦间。

加拿大某航空企業(yè)公司在加工鈦合金零件鉆削與攻絲時(shí)瓶逃，使用一般乳化液，經(jīng)常面臨絲錐損耗嚴(yán)重以及切削液壽命過短問題（單機(jī)水箱400升廓块，平均每個(gè)絲錐僅可加工100－150件厢绝，直徑10－15毫米，使用濃度8％带猴，切削液原先壽命2－4個(gè)月）昔汉。在使用了巴索公司的VASCO 5000切削液后，刀具壽命提高了150％拴清，平均可加工300件左右靶病，切削液壽命達(dá)到18個(gè)月，每年僅環(huán)保處理費(fèi)用就節(jié)省了50000美元口予。

以植物油為基礎(chǔ)的冷卻液娄周，在大部分應(yīng)用領(lǐng)域已顯示出其加工性能大大優(yōu)于礦物油和合成配方的冷卻液。這些優(yōu)越性—加工周期縮短苹威、刀具更換時(shí)間大大縮短昆咽、加工件的精度提高、工作環(huán)境友好且利于環(huán)卑⑽海—大部分應(yīng)歸功于植物油基金屬加工冷卻液的使用及其較高的潤(rùn)滑性能鉴梦。

VASCO系列產(chǎn)品在鈦加工中表現(xiàn)出卓越的性能，其高效的切削性能和超低的刀具磨損使得同類產(chǎn)品與之相比遜色很多耘泰。Vasco 系列的應(yīng)用領(lǐng)域是高性能加工和高強(qiáng)度金屬加工逐茄。特別是在鈦的加工領(lǐng)域，我們將繼續(xù)進(jìn)一步研發(fā)以保持和擴(kuò)大我們的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)嘀醋。

目前张域，VASCO系列切削液廣泛應(yīng)用于航空/航天領(lǐng)域里鈦加工；另外讲侵，其他高強(qiáng)度和難加工材料如鎳合金蚪录、高溫合金、不銹鋼耸壮、航空鋁合金等使用該系列產(chǎn)品也將使加工變得更為容易粤街。

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