钛合金的切削加工.docx

1、钛合金的切削加工钛合金的切削加工（上） 2009-05-09 关键字：切削加工 1钛合金可分为哪几类? 钛是同素异构体，熔点为1720，在低于882时呈密排六方晶格结构，称为钛；在882以上呈体心立方品格结构，称为钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类： (1) 钛合金：它是相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500600的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不

2、高。 (2) 钛合金：它是相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达13721666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 (3) +钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50100；高温强度高，可在400500的温度下长期工作，其热稳定性次于钛合金。三种钛合金中最常用的是钛合金和+钛合金；钛合金的切削加工性最好，+p钛合金次之，钛合金最差。钛合金代号为TA，钛合金代号为TB，+钛合金代号为TC。 2钛合

3、金有哪些性能和用途？钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1，但其强度低、塑性高。99.5工业纯钛的性能为：密度=4.5g/cm3 ，熔点为1800，导热系数=15.24W/(m.K)，抗拉强度b=539MPa，伸长率=25，断面收缩率=25，弹性模量E=1.078105MPa，硬度HB195。 (1)比强度高：钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部

4、件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高：对于钛合金，在350时TA6的巩达422MPa、TA7的b达491MPa，在500时TA8的b达687MPa；对于+钛合金，在400时TC4的b达618MPa、TC10的b达834 MPa，在450时TC6和TC7的b均达589MPa、TC8的b达706MPa，在500时TC9的b达785MPa。这两类钛合金在150500范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500，铝合金则在200以下。 (3)抗蚀性好：钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀

5、、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。 (4)低温性能好：钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。在-100和-19 6时TA4的b分别为893MPa和1207MPa，在-196和-253时TA7的b分别为1216MPa和1543MPa、TC1的b分别为1133MPa和1354MPa、TC4的b分别为1511MPa和1785MPa。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 (5)化学活性大：钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2时，会在

6、钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.10.15 mm，硬化程度为2030。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。 (6)导热系数小、弹性模量小：钛的导热系数=15.24W(m.K)，约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的23倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。钛合金的牌号

7、、性能见表7-2。钛合金的切削加工（下）2009-05-09 关键字：切削加工在钻头上做出四条导向刃带，加大钻头截面惯性矩，提高刚性，还自然地形成两条辅助冷却槽，耐用度比标准钻头提高3倍左右，切削温度约降低20。同时由于导向稳定减小了孔扩张量，如3 mm的四刃带钻头钻孔孔扩张量为0.030.04 mm，而标准钻头为0.050.06 mm。 (2)选择适宜的枪钻：在钻钛合金长径比大于5的深孔时，当孔径小于等于30 mm时，一般采用硬质合金枪钻，见图7-2；当孔径大于30 mm时，采用硬质合金BTA钻头或喷吸钻等。用图7-2所示枪钻钻削TC11的孔，孔深204 mm(长径比约为26)，可保证表面粗

8、糙度Ra为1.6 m，生产率提高4倍，切屑呈“梅花”形或“C”形碎屑，排屑正常。用硬质合金枪钻钻长径比大于30的深孔时，在轴向施加小于100Hz的振动进行振动钻孔，可使得工件表面粗糙度Ra为0.3 m，生产率提高5倍。具体参数为Vc=17 m/min，f=0.033 min/r，振幅为0.07 mm，频率35 Hz，工件圆度4 m，表面粗糙度Ra为0.33 m。 (3)选择合适的切削液：钻浅孔时可选用电解切削液，其成分为癸二酸710，三乙醇胺710，甘油710，硼酸710，亚硝酸钠35，其余为水。钻深孔时不宜选用水基切削液，因为水在高温下可能在切削刃上形成蒸汽气泡，易产生积屑瘤，使钻孔不稳定。

9、宜采用N32机油加煤油，其配比为3:1或3:2，也可采用硫化切削油。 11怎样对钛合金进行铰孔？用高速钢和YG类硬质合金制作的铰刀都可用于钛合金零件上铰孔。高速钢铰刀主要用于纯钛铰孔，YG类硬质合金铰刀主要用于钛合金铰孔。钛合金铰刀有直齿铰刀、阶梯铰刀和带刃倾角的阶梯铰刀三种，直齿铰刀铰出的工件孔径最大，阶梯铰刀次之，带刃倾角的阶梯饺刀最小。阶梯铰刀的第一锥在切削的同时为第二锥起了导向作用，也为第二锥留下了极为稳定的余量，实际上起到了粗铰和精铰的作用；带刃倾角的阶梯铰刀在刃倾角的作用下，提高铰孔过程的平稳性，并使切屑向下排出，不会摩擦、划伤孔壁，因而铰出的孔径精度比阶梯铰刀更高些。钛合金铰刀的几何参数一般选用前角0=05，硬质合金铰刀取小值；后角0=1015；切削锥角r=1530。阶梯铰刀的第二锥角为15，刃倾角s=-15。为了加大钛合金铰刀的容屑空间，齿数应少于标准铰刀，齿槽角=8590。各种钛合金铰刀参数见图7-3、图7-4和图7-5。