怎样切削加工钛合金?

(1)钛合金的分类在室温下钛合金分为以下三种:

1) α钛合金。它是a相固溶体组成的单相合金，不论在一般温度下，或是在较高温度下应用时，均是a相。它的组织稳定，耐热性高于纯钛，抗氧化能力强。在500~600℃的温度下，能保证其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温性能不高。其典型牌号有TA7、TA8等,较易切削加工。

2) β钛合金。它是β相固溶体组成的单相合金，主要加入β稳定元素，如V、Mo、Nb、Ta等元素溶人β相中。不经热处理就有较高的强度，淬火时效后，合金进一步强化，室温强度可达R.1372~1668MPa,但稳定性较差，不宜在高温下使用，切削加工性差。其典型牌号有TB1、TB2等。

3)α+β钛合金。它是由a和β双相组成，既添加了α稳定元素，又添加了β稳定元素。如Cr、Co、 Fe、Ni、Mn 等共析型元素，稳定了β相。Sn、 Zr两种元素，在α和β相中，都具有相当大的固溶性，是有效的强化剂。这类合金组织稳定，高温变形性能好，韧性和塑性也好，也能淬火、时效，使合金强化，可在400~500℃下长期工作，热稳定性仅次于α合金。切削加工性优于β合金。其典型牌号有TC1、TC4、TC9等。

a钛合金代号为TA,牌号有TA0~TA8; β钛合金代号为TB,牌号有TB1、TB2; a+β钛合金代号为TC,牌号有TC1 ~ TC10。

(2)钛合金的性能特点钛合金是近几十年才发展起

来的一种新金属。钛合金的性能与所含C、N、H、0等杂质有关。最纯的钛杂质不超过0.1%。99. 5%的工业纯钛的密度ρ=4.5g/cm’，熔点为1800℃，抗拉强度Rm=539MPa,伸长率δ=25%，弹性模量E = 107800MPa，热导率K=5.44~10.47W/ (m·K),硬度为195HBW。

钛合金的比强度高，为380 (1680/4.5)，高于超高强度钢(1900/8);热强度高，钛合金可以在500℃下长期工作，在300~350温度下的强度比铝合金高约10倍;抗蚀性能好，在大气和海水介质中的抗蚀性能远高于不锈钢。对碱、酸蚀、应力腐蚀的抵抗能力很强;化学活性大，与大气中的0、N、H、CO、CO,和水蒸气及氨气等会产生强烈反应，生成硬脆层;热导率低、弹性模量小，热导率只有5.44~10.47W/ (m·K)，弹性模量约为一般钢材的1/2;低温性能好，能在-100~-253℃保持其力学性能。

(3)钛合金的切削特点钛的熔点很高，激活能大,晶格原子不易脱离其平衡位置，故在切削时，切离成切屑所消耗的能量大。加入的合金元素越多，则合金的强度、硬度越高，越难切削加工。通过实验表明，钛合金硬度<300HBW时，易出现粘刀而难于切削;而硬度>350HBW时，切削特别困难;钛合金最好切削的硬度为300~350HB。

1)变形系数小。这是钛合金切削时的一个显著特点。它的变形系数小于1或接近于1。这主要是由于它的塑性小、切屑收缩也小。在高温时钛由a向β转变，而β钛的体积增大，引起切屑增长。并且在高温下，切屑吸收空气中的0、H、N而使钛合金丧失了塑性,切屑不再收缩。

2)切削温度高。在相同的条件下，切削钛合金的切削温度比切削45钢高近1倍。其原因是它的热导率低，切屑与前刀面接触太短。

3)单位切削力大。由于它的弹性模量小，后刀面与工件摩擦大。

4)加工表面生成硬脆层。由于钛的化学活性大，在切削高温下与大气中的0、N、H、C发生强烈的化学反应,生成TiO、TiN、TiH等硬脆层，它的厚度为0.1 ~0.15mm,硬度提了50%。

(4)刀具材料高速钢应选高钴和含铝高速钢，如W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al;硬质合金应选含TaC或NbC的细晶粒和超细晶粒YG类硬质合金，如YG6x、YG813、YS2、YG643、 YD15等。采用PCD、CVD刀具切削钛合金，效果特好。

(5)刀具几何参数-般刀具材料的γ。=5°~15°，α。≥15°，λ= -3°~-5°，rg=0.5~1.5mm; PCD和CVD刀具，rg=0°~5°，α。=13°~15°。

(6)切削用量高速钢刀具的最佳切削温度为480~540°，这时νe=8~12m/min;硬质合金刀具的最佳切削温度为650~750℃，这时的νe=15 ~ 54m/min; PCD和CVD刀具，在干切时，νe= 100m/min,在湿切时，νe= 200m/min。a,和f无特殊要求。

(7)切削液一般情况下，采用乳化液或添加极压添加剂的水溶液。因为水比油的热导率大3~5倍，比热大1倍，汽化热几乎大10倍左右，冷却效果好，而且可防止微量切削时，钛屑燃烧。

在铰孔、拉削和攻螺纹时，应采用极压切削油或蓖麻油、油酸等。

(8)钛合金的磨削磨料采用绿碳化硅(GC)、铈碳化硅(CC)，与钛合金粘附较轻，不易堵塞。还有金刚石和CBN,粒度为F36~F80,结合剂为陶瓷，硬度为K~M,组织为5 ~8组织号。

磨削钛合金时，常采用亚硝酸钾溶液、亚硝酸钾和甲酸钠溶液、亚硝酸钠和甲酸钠溶液、亚硝酸胺溶液等水溶液。但使用CBN砂轮不宜使用水溶液，因为CBN与水在800℃左右起化学反应，加快砂轮磨损。磨削用量如下:砂轮速度，v。=15 ~25m/s;工作台速度vw=8 ~20m/min;工件速度vw = 15~45m/min;磨削深度ap =0.005~0.025mm;纵向进给量f。=1/6B~1/3B (B为砂轮宽度);横向进给量f, =B/10。

(9)注意的问题

1)由于钛合的弹性模量小，只有一般钢材的1/2,易变形，所以在夹紧时要采取措施(采用接触面大的软爪、开口套和减小夹紧力等)，防止变形。

2)由于钛合金的热导率很低，一定要根据不同的刀具材料，选用不同的切削速度。而且在微量切削时，为防止切屑自燃，应使用大量的切削液。但不能使用含CI的切削液，以免造成应力腐蚀。

3)由于钛合金的弹性模量小，在切削时弹性恢复大，应采用α。≥15°的刀具后角。特别是在攻螺纹时，为减小后刀面的摩擦和攻螺纹扭距，应加大丝锥的后角。