鈦合金盒體的數(shù)控加工工藝研究

1、鈦合金盒體的數(shù)控加工工藝研究作者：王再堯張寧鍵趙永紅鈦合金材料屬不易加工材料，旦pgjy縣的選用、刀具路徑與加工參數(shù)的匹配性不當就會加劇刀具磨損，產(chǎn)生高溫及應力變形，材料表面還會產(chǎn)生碳化，直接影 響零件的加工和各項精度參數(shù)的保證。因此，掌握難加工材料的性能，采用合適的刀具， 改進切削加工參數(shù)以及采用適當?shù)木幊碳夹g，成為解決該難題的關鍵所在。鈦合金具有強度高、密度小比強度高、熱強性好、耐腐蝕性強的特點。鈦合金的彈性模量低，約為鋼的1/2,故鈦合金容易產(chǎn)生彈性變形。如常用的(a+ 3鈦合金的(rb=10101177mpa ,密度p =4.315g/cm3、比強度b/ p比合金鋼高。同樣載荷條件下，

2、比強度高的材料可以減輕產(chǎn)品的重量。鈦合金的熱穩(wěn)定性好，高溫強度高，在300500 c溫度下，比鋁合金高 10倍。鈦的熱導率低，約為饃的 1/4,鐵的1/5,鋁的1/10。鈦合金以其優(yōu)良的性能，為星載機載雷達的輕型化和小型化發(fā)揮了獨特的效能。鈦合金數(shù)控加工刀具的選擇鈦合金在切削過程中硬度高、強度高，其合金成分多，合金元素與碳構成各種復雜的碳化物，這些碳化物既不熔于合金中，又不聚集長大，而以極細的顆粒形式彌散分布在晶界處，強化晶界，阻止晶界在外力作用下滑移，使得合金顯示超強超硬的性質(zhì)。加工過程中，必 須作更大的功，因而必然產(chǎn)生更多的熱。另外，其切屑非常容易粘接、熔接在刀尖、刀刃 附近，或形成積屑瘤

3、。它不像切削普通鋼時僅在前刀面因切屑流動產(chǎn)生高熱，刀屑間因擴 散作用而造成月牙洼磨損。耐熱合金的高溫區(qū)則在整個刀尖附近前后刀面上，且后刀面同 時損傷，更促使切削溫度提高，溫度達1000 c以上時使磨損加快加劇。在持續(xù)高溫的切削中，粘接物、熔接物受到后續(xù)加工的沖擊而被沖離，在強迫沖離的過程 中，更易帶走部分刀具材料而造成刀具缺損、破損(微崩、崩刃)。在切削過程中，切屑 的形態(tài)呈鋸齒狀，近似粒狀形態(tài)，由此可知在加工中切削力是波動的，從而使刀具承受的 沖擊載荷加劇。此外，刀片有時也出現(xiàn)明顯的邊界(溝狀)磨損。故用一般刀具材料加工時損傷很快，使 用壽命極短。在這種惡劣的條件下，過去往往非涂層刀片比涂層

4、刀片效果好些，而適應耐 熱鋼加工的涂層直到最近才有較多進展。在切削耐熱合金時，采用 miracle涂層型號為 vp05rt、vp10rt 和vp15tf。miracle 涂層實際上是以特殊專業(yè)技術涂履( alti ) n, 切削時涂層膜的中鋁被氧化，形成了穩(wěn)定的氧化鋁保護膜，具有優(yōu)異的耐熱性。幾種加工 鈦合金的刀具材料性價比入表1所示。表1加工鈦合金的幾種刀具材料性階比刀具 材料t 工(n) 或硬法合金涂層硬 曲合金陶笈 刀且pcd被合金不合適優(yōu)0.優(yōu)刀是價格便宜般島島數(shù)控加工關鍵工藝控制針對鈦合金材料的特殊性，加工前合理安排好數(shù)控加工工藝路線，是保證加工零件精度和 質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。在編程過程

5、中要充分考慮加工過程中出現(xiàn)的問題，以規(guī)避在生成加工的 程序中出現(xiàn)問題。1銃削方式對于型腔銃，采用順銃的走刀方式。在切削參數(shù)允許的范圍內(nèi)采用較大的徑向分層和較小 的軸向分層加工；對于側(cè)壁兩面都需加工時采取臺階式來回銃削，充分利用零件的整體剛 性，可提高加工效率。但在切削過程中，不允許刀具中途停頓，切削結(jié)束，立即退刀，以免形成堅硬的氧化皮， 加速刀具磨損。對于加工中心可采用圓弧進刀和圓弧退刀的方法，減少刀具在某一點的停 留時間。2編程控制(1)進刀方式。 合理選取起刀點、退刀點、切入點和切入方式。采用圓弧切入方式，切入平穩(wěn)、沖擊力小。這可以保證刀具不易受到剛性損傷。避免沿工件輪廓垂直方向進刀，在切

6、入材料時要采用 斜插式切入，可以避免刀具刃齒的崩損，從而可以有效地保證了后續(xù)加工及工件的精度、 粗糙度等要求。精加工時，考慮刀具的切入和切出路線，盡量減少在輪廓處停刀，以避免切削力突然變化 造成彈性變形而留下刀痕。(2)走刀路徑。走刀路徑對提高鈦合金整體結(jié)構件的加工精度有著重要的影響，對于具有定位功能的表面，盡可能采用由內(nèi)向外的銃削方式，這樣形成內(nèi)凹的微觀結(jié)構，有利于定位。對于具有單元 框結(jié)構的零件，盡可能采用由內(nèi)向外或由外向內(nèi)的銃削方式，以利于材料均勻去除，使殘余應力均勻釋放并保持工件剛度的均衡性，以減小加工變形4。切削路徑盡可能采用直線切削，減少在拐點處走圓弧切削。3切削參數(shù)控制鈦合金的強

7、度高、粘性大，切削中更容易在切削區(qū)產(chǎn)生和積聚熱量。加之導熱性差，在切 削速度過快時有引起燃燒的危險，這就是銃削鈦合金零件一定不能選擇高切削速度的原因。 采用小徑向切入法切削鈦合金零件，能極好地控制切削溫度，實現(xiàn)高速加工。在工廠中使 用該方法，可提高加工精度。采用低轉(zhuǎn)數(shù)、快速進給、小切削深度，使材料快速分離，不會產(chǎn)生高熱及大應力，刀具磨 損也較小。切削速度、進給速度、徑向切深對鈦合金表面粗糙度產(chǎn)生不同的影響。隨著切 削速度增加，表面粗糙度在徑向切深方向略有減小，而在進給方向先增加然后減小。4裝夾要求對薄壁工件在裝夾時注意一個實”字，即要把底面墊實。零件的底面為曲面，所以 夾具體應設計成相同的凹面

8、，同時滿足精度要求。裝夾時，利用定位孔銷定位，輪廓用輔助夾具 固定，刀具路徑采用一粗一精，分幾次加工到最后尺寸，或采取對稱去余量法安排進給路 線。不要使用低熔點金屬及其合金(鉛或鋅基合金，銅、錫和鎘及合金)制作的工、夾具 或臨時緊固件。與鈦合金接觸的工、夾具或其他裝置必須清潔無垢。加工后的鈦合金表面不允許殘留鉛、鋅、銅、錫和鎘等低熔點金屬。如有殘留，應使用氫氟酸和硫酸亞鐵溶液仔細清洗。裝卸清洗過的鈦合金工件時，必須防止油脂及指紋污染，以免發(fā)生鹽應力腐蝕,使鈦合金工件斷裂。5鉆孔和攻絲鉆孔：鈦合金回彈性大，鉆頭進入工件后受較大徑向及軸向力。鈦合金化學活性高，易造成粘刀，切屑不易排除，往往產(chǎn)生鉆頭

9、被咬住、扭斷鉆頭等現(xiàn)象。選取專用于鈦合金加工的高速鋼鉆頭，通過增厚鉆芯和盡量減小其長度的方法提高剛性。加工時避免鉆頭不進給而在孔中打轉(zhuǎn)，以免引起加工硬化。實際加工中測得孔徑比鉆頭直徑小0.1mm 左右，這是鈦合金材料特性的表現(xiàn)之一，故鉆孔可使用比標準直徑大0.1mm左右的鉆頭。鉆孔前需用中心鉆點孔，并在對刀機上檢查鉆頭端部，控制刀刃跳動量小于0.02mm。攻絲：鈦合金攻絲加工，特別是小孔攻絲加工很困難。其主要原因是在攻絲加工過程中，造成鈦合金熱膨脹。另外，鈦合金加工后回彈大，易造成 絲錐折斷。具體可通過以下 2種 途徑得以解決。改進絲錐結(jié)構形式，將錐芯增粗和減少各段絲錐切削刃寬度或使用跳牙絲錐

10、可以提高剛性及減小同被加工材料的接觸面積。另外，采用螺旋槽可增加絲錐鋒利程度，減小切削力，避免絲錐折斷，有利于排屑，使冷卻液能夠較容易進入切削區(qū)，改善絲錐冷卻及潤滑性能。對螺紋底孔設計提出公差要求需對螺紋底孔直徑公差提出要求。6潤滑要求鈦合金盒體零件在以上的幾種加工方式中，需注意下列2點：（1）在鉆削攻絲及銃削加工時使用的冷卻液相同，不推薦使用含氯冷卻液。因為在切削過程中，切削液在高溫下分解釋放出氫氣，被鈦吸收后引起氫脆，同時，氯還可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。鉆削淺孔時，可用電解切削液；鉆削深孔時，用 n32機械油加煤油，配比是 3 ： 1.5,也可用硫化切削液?？梢?，鈦合金加工的冷卻液配

11、制適合，可延長刀具壽命。表2薄熊盾合金刀具加工試驗情況轉(zhuǎn)遞r|r * ni!ln"3'|進給速度/ im - min-1)切削深度/ mmefl一d_s百具磨損太快. 無修法成切削05刀具磨損太快, 無正完成切削<moq4刖刀具營損太快， 無怯完成切削afkx)300002刃具喈拗太快, 比在完成切削加)q-2 1可具啥播太快、兌法完成切削表3 mi田燔e涂展建度合金刀具加工試哈情況轉(zhuǎn)速(r niiji" >進結(jié)速度， on - min'i切削深盥etwi結(jié)果舊翼joa.3刀艮磨制太怏.無法完虞切削15000便mx)。與丸林*損較快、無法完成切朋

12、mmxjjomui叮旦善拗可因 :變出4.后ihu400刀艮磨第可tu變能沁4rra打娘i35。fj_5刀具磨曲可以r 空出口幫mm2s004m0.077j具磨崩切以、 變培qe眼國吠通過以上分析，采用規(guī)格為4 4mm、()6mm、()8mm的三刃tic (n)基硬質(zhì)合金刀具和miracle涂層硬質(zhì)合金刀具對各加工參數(shù)分別進行試驗，在加工條件良好的情況下測得具體加工參數(shù)對比如表2、表3。2500r/min、進給結(jié)束語從加工后零件的檢測結(jié)果及實驗數(shù)據(jù)可知，使用涂層硬質(zhì)合金刀，轉(zhuǎn)速 速度400m/min、切削深度0.07mm 這組數(shù)據(jù)，基本到達了設計工藝要求。由此可得出:(1)涂層硬質(zhì)合金刀可滿足

13、鈦合金加工。（2）采用低轉(zhuǎn)速，可降低刀具磨損、延長刀具使用壽命。（3）快進給速度，每齒切削量在 0.08mm 左右，不易產(chǎn)生加工硬化。（4）小切削量，可避免造成切削溫度過高而產(chǎn)生零件變形。（end）航空航天特殊材料加工技術之鈦合金的加工點擊數(shù)：56 發(fā)布時間：2012-06-25 來源：超音頻感應加熱設備|中頻電爐|機床導軌淬火設備|數(shù)控淬火 機床|高頻機-鄭州國韻電子技術有限公司編輯：近年來，對汽車和飛機零件高強度化和輕量化的要求越來越高。因此，這些零件所使用材料中的鈦、饃合金等也在不斷增加。這種材料一般稱為切削加工性差的難切削材料”。加工此類材料的切削刀具也必須能夠適應難切削材料特有的加工

14、條件和加工方法。飛 機機身部件以及噴氣發(fā)動機的壓縮機零部件越來越多地采用了鈦合金。目前，金屬鈦生產(chǎn)的工業(yè)方法是可勞爾法， 產(chǎn)品為海綿鈦。制取鈦材傳統(tǒng)的工藝是將海綿鈦經(jīng)熔鑄成錠，再加工而成鈦材。鈦采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能夠大批量生產(chǎn)，但成材率低，加工過程中產(chǎn) 生大量廢屑殘料。針對鈦塑性加工的上述缺點，近年來發(fā)展了鈦的粉末冶金工藝。鈦的粉末冶金流程與普通粉末冶金相同，只是燒結(jié)必須要在真空下進行。它適用乎生產(chǎn)大批量、小尺寸的零件，特別適用于生產(chǎn)復雜的零部件。這種方法幾乎無須再經(jīng)過加工處理，成材率高，既可充分利用鈦廢料作原料，又可以降低生產(chǎn)成本，但不能生產(chǎn)大尺寸的鈦件。鈦合金即在工業(yè)純鈦中

15、加 入合金元素，以提高鈦的強度。鈦合金可分三種：a鈦合金，b鈦合金和a+b鈦合金。a b鈦合金是由a和b雙相組成，這類合金組織穩(wěn)定，高溫變形性能、韌性、塑性較好，能進 行淬火、時效處理，使合金強化。鈦合金的性能特點主要表現(xiàn)在：1）比強度高。鈦合金密度小 （4.4kg/dm3）重量輕，但其比強度卻大于超高強度鋼。2）熱強性高。鈦合金的熱穩(wěn)定性好，在 300500 c條件下，其強度約比鋁合金高10倍。3）化學活性大。鈦可與空氣中的氧、 氮、一氧化碳、水蒸氣等物質(zhì)產(chǎn)生強烈的化學反應， 在表面形成tic及tin硬化層。導熱性差。鈦合金導熱性差，鈦合金 tc4在200 c時的熱導率l=16.8w/m ,

16、導熱系 數(shù)是0.036卡/厘米秒;co1.刀具材料的選擇刀具材料選用應滿足下列要求：1 ）足夠的硬度。刀具的硬度必須要遠大于鈦合金硬度。2）足夠的強度和韌性。由于刀具切削鈦合金時承受很大的扭矩和切削力，因此必須有 足夠的強度和韌性。3）足夠的耐磨性。由于鈦合金韌性好，加工時切削刃要鋒利，因此刀具材料必須有足 夠的抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化。這是選擇加工鈦合金刀具最重要的參數(shù)。4）刀具材料與鈦合金親合能力要差。由于鈦合金化學活性高，因此要避免刀具材料和鈦合金形成溶敷、擴散而成合金，造成粘刀、燒刀現(xiàn)象。2. 精度、條件和正確的切削參數(shù)經(jīng)過對國內(nèi)常用刀具材料和國外刀具材料進行試驗表明， 采用高

17、鈷刀具效果理想， 鈷的主要作用能加強二次硬化效果， 提高紅硬性和熱處理 后的硬度， 同時具有較高的韌性、 耐磨性、良好的散熱性。銑刀的幾何參數(shù)鈦合金的加工特性決定刀具的幾何參數(shù)與普通刀具存在著較大區(qū)別。螺旋角3選擇較小的螺旋升角，排屑槽增大，排屑輕易，散熱快，同時也減小切削加工過程中的切削抗力。前角丫切削時刃口鋒利，切削輕快，避免鈦合金產(chǎn)生過多切削熱，從而避免產(chǎn)生二次硬化。后角“減小刀刃的磨損速度，有利于散熱，耐用度也得到很大程度的提高。切削參數(shù)選擇鈦合金機加工應選擇較低的切削速度， 適當大的進給量， 合理的切深和精加工量， 冷卻 要充分。切削速度 vc vc=3050m/min進給量 f 粗

18、加工時取較大進給量，精加工和半精加工取適中的進給量。切削深度 ap ap=1/3d 為宜，鈦合金親合力好，排屑困難，切削深度太大，會造成刀具粘刀、燒刀、斷裂現(xiàn)象。精加工余量a c適中鈦合金表面硬化層約0.10.15mm ,余量太小，刀刃切削在硬化層上，刀具輕易磨損，應該避免硬化層加工，但切削余量不宜過大。3. 鈦合金的加工方法（ 1 ） 將刀尖溫升控制到最小程度切削速度不宜過高（4060m/min ）切削速度過高會產(chǎn)生大量切削熱，導致刀具壽命降低，因此應避免采用過高的切削速度。縮短刀具與工件的接觸時間刀具與工件接觸時間越長， 產(chǎn)生的熱量就越多， 會導致刀具壽命降低。 而刀具直徑越大，接觸時間就

19、越長，因此在允許的范圍內(nèi)，應盡可能使用小直徑刀具。不宜加大切削寬度切削寬度越大，接觸時間越長，會增加發(fā)熱量。因此，加工時不宜加大切削寬度，而通過增加切削長度來提高加工效率。 使用長刃刀具等對于粗加工很有效。 切削寬度小的臺肩銑削能減少切削熱，使提高切削速度成為可能。使用 45 ° 主偏角刀具只要工件形狀允許，應盡可能使用 45° 主偏角的刀具，以減薄切屑，延長刀具壽命。充分使用切削液，提高冷卻效果充分使用切削液，尤其是15mpa 以上的超高壓切削液，以降低刀尖溫度、改善切屑處理效果、防止產(chǎn)生積屑瘤。從而能夠提高切削速度和生產(chǎn)率。（ 2 ）提高刀具剛性通過縮短刀具懸伸長度、增

20、大刀具直徑，可提高刀具剛性、減小刀具撓曲度。在因工件形狀必須采用較大懸伸量的場合，應用插銑加工也很有效。（ 3 ）鋸齒切削刃刀具的使用由于鋸齒切削刃可減小接觸寬度， 從而可減少熱量的產(chǎn)生。 此外， 切削液可從鋸齒之間到達被切削面，因此鋸齒切削刃刀具對鈦合金的加工十分有效。鈦的各種屬性使之成為具有強大吸引力的零件材料， 但其中許多屬性同時也影響著它的可加工性。鈦具備優(yōu)良的強度 -重量比，其密度通常僅為鋼的60%。鈦的彈性系數(shù)比鋼低，因此質(zhì)地更堅硬，撓曲度更好。鈦的耐侵蝕性也優(yōu)于不銹鋼，而且導熱性低。這些屬性意味著鈦金屬在加工過程中會產(chǎn)生較高和較集中的切削力。它容易產(chǎn)生振動而導致切削時出現(xiàn)震顫；并

21、且，它在切削時還容易與切削刀具材料發(fā)生反應，從而加劇月牙洼磨損。此外，它的 導熱性差，由于熱主要集中在切削區(qū)，因此加工鈦金屬的刀具必須具備高熱硬度。4 .穩(wěn)定性是成功的關鍵所在某些機加工車間發(fā)現(xiàn)鈦金屬難以有效加工，但這種觀點并不代表現(xiàn)代加工方法和刀具的發(fā)展趨勢。之所以困難，部分是因為鈦金屬加工是新興工藝，缺少可借鑒的經(jīng)驗。此外，困 難通常與期望值及操作者的經(jīng)驗相關，特別是有些人已經(jīng)習慣了鑄鐵或低合金鋼等材料的加工方式，這些材料的加工要求一般很低。相比之下，加工鈦金屬似乎更困難些，因為加工時不能采用同樣的刀具和相同的速率，并且刀具的壽命也不同。即便與某些不銹鋼相比，鈦金屬加工的難度也仍然要高。我

22、們固然可以說，加工鈦金屬必須采取不同的切削速度和進給量以及一定的預防措施。其實與大多數(shù)材料相比，鈦金屬也是一種完全可直接加工的材料。只要鈦工件穩(wěn)定，裝夾牢固，機床的選擇正確，動力合適，工況良好，并且配備具有較短刀具 懸伸的iso50主軸，則所有問題都會迎刃而解 一一只要切削刀具正確的話。5 .必須考慮振動和熱非理想環(huán)境還包含其它因素，其中之一就是，大多數(shù)機床目前裝配的是is040主軸。如果高強度地使用機床， 就無法長時間保持新刀狀態(tài)。此外， 如果零件結(jié)構較復雜的話，通 常就不易有效夾緊。當然挑戰(zhàn)還不止于此，切削工序有時必須用于全槽銃、側(cè)削或輪廓銃削， 所有這些都有可能（但并非必定）產(chǎn)生振動及形

23、成較差的切削條件。 重要的是，在設定機床時， 必須始終注意提高穩(wěn)定性以避免振動趨勢。 振動會造成刀刃崩碎、刀片損壞并產(chǎn)生不可預見 和不一致的結(jié)果。一種改進措施便是采用多級夾緊，使零件更靠近主軸以有助于抵消振動。鈦合金的優(yōu)點：重量輕；比強度高；耐金屬疲勞；化學性能穩(wěn)定。鈦合金的缺點：切削加工性差；溫度超過400 c則強度降低（因此用于發(fā)動機的低溫部分）。鈦和鈦合金塑性加工具有變形抗力大；常溫塑性差、屈服極限和強度極限比值高、回彈大、對缺口敏感、變形過程易與模具粘結(jié)、加熱時又易吸咐有害氣等特點，塑性加工較鋼、 銅困難。故鈦和鈦合金的加工工藝必須考慮它們的這些特點。國外鈦合金的研究與發(fā)展（2009-

24、09-14） 來源：中國船舶在線匿閱讀次數(shù)：213次大力發(fā)展鈦工業(yè)對鞏固國防和國民經(jīng)濟建設具有極其重大的戰(zhàn)略意義。本文對國外鈦合金的研究現(xiàn)狀及發(fā)展、國外鈦合金加工工藝研究及鈦合金的應用等情況進行了綜述。鈦是50年代以后登上世界工業(yè)舞臺的年輕金屬，具有儲氫、超導、耐蝕、重量輕、形狀記憶、超彈和高阻尼等特殊功能，是新型的功能材料和重要的生物材料。從工業(yè)價值、資源壽命和發(fā)展前景看，它是繼鐵、鋁之后，被譽為正在崛起的“第三金屬”。大力發(fā)展 鈦工業(yè)對鞏固國防和國民經(jīng)濟建設具有極其重大的戰(zhàn)略意義，世界各國的經(jīng)濟發(fā)展表明，先進的鈦工業(yè)是綜合國力的重要標志。鈦合金的研究與發(fā)展國外鈦工業(yè)主要集中在美國、俄羅斯和

25、日本三個國家。由于軍事需求減少，近10 年來世界鈦材產(chǎn)量一直徘徊在5 萬噸左右。 在生產(chǎn)技術方面， 克勞爾法仍是生產(chǎn)海綿鈦的主導工藝。 電子束冷床爐熔煉技術已在鈦鑄錠的制備上進行了商業(yè)化應用， 大型鍛件和精密鍛造技術正在不斷地發(fā)展， 激光成型等近凈成型技術正在不斷地得到應用。 一些常規(guī)加工技術如鍛造、 軋制等已完全實現(xiàn)了計算機自動控制， 人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型在鈦合金中的應用解決了一些鈦合金的實際問題。有報道說，鈦生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)鈦很難進入其它市場的主要原因是價格太高。在美國，海綿鈦的平均價為 3.8 美元磅， 而在俄羅斯是3.2 美元磅。 而且民用飛機制造工業(yè)還有一個周期問題直接影響鈦的價格。ffc-

26、劍橋法是一種新的生產(chǎn)鈦金屬或合金的低成本電解法。世界上鈦的生產(chǎn)僅限于部分工業(yè)國家，海綿鈦只有美國、哈薩克斯坦、俄羅斯、日本和中國 5 國生產(chǎn)，大約有20 多家海綿鈦廠；加工材有美、日、俄、英、德、法、意、中8 國生產(chǎn)。全世界海綿鈦的生產(chǎn)能力約為 11 萬噸，產(chǎn)量約 8 萬噸。鈦鑄錠的熔煉能力為22 萬噸，鈦加工材的生產(chǎn)能力約為 23 萬噸。目前，世界鈦技術的發(fā)展趨勢為：鈦的低成本化制備、加工技術，包括海綿鈦生產(chǎn)、鈦合金材料設計及加工過程等的低成本化； 大型優(yōu)質(zhì)鈦合金坯料制備技術， 包括新型電子 束和等離子冷床爐熔煉技術；高效、短流程鈦合金加工技術，包括單次冷床爐熔煉直接軋制技術， 鈦帶連續(xù)加工

27、技術生產(chǎn)等； 近凈成型技術， 包括激光成形、 精密鑄造、 精密模鍛、超塑成型擴散連接、噴射成形等；鈦的推廣應用技術，包括生物醫(yī)用鈦、汽車用鈦、建筑用鈦等。鈦合金加工工藝研究1. 鈦合金機加工特性分析首先，鈦合金導熱系數(shù)低，僅是鋼的1 4，鋁的1 13，銅的 1 25。因切削區(qū)散熱慢，不利于熱平衡，在切削加工過程中，散熱和冷卻效果很差，易于在切削區(qū)形成高溫，加工后零件變形回彈大，造成切削刀具扭矩增大、刃口磨損快，耐用度降低。其次，鈦合金的導熱系數(shù)低， 使切削熱積于切削刀附近的小面積區(qū)域內(nèi)不易散發(fā)， 前刀面摩擦力加大，不易排屑，切削熱不易散發(fā)，加速刀具磨損。最后，鈦合金化學活性高，在高溫下加工易與

28、刀具材料起反應，形成溶敷、擴散，造成粘刀、燒刀、斷刀等現(xiàn)象。國外鈦及其合金加工的主要企業(yè)是美國timet公司、rmi公司、俄羅斯的vsmp公司，日本的神戶制鋼和住友公司，他們代表了世界鈦及其合金加工材生產(chǎn)技術的最高水平。美國的鈦及其合金錠約60%以先進的等離子或電子束冷床爐進行生產(chǎn)，其扁形錠可直接軋制板材，美國 rmi公司和timet全面掌握丁 tc4薄板（厚度為0.4毫米-0.5毫米）的 生產(chǎn)技術，其產(chǎn)品已在波音和空客公司得到大量應用。美國和俄羅斯采用擠壓、法生產(chǎn)鈦合金型材，已在飛機和艦艇上得到廣泛應用，俄羅斯甚至可以用擠壓+脈沖緞打的方法生產(chǎn)薄壁鈦合金型材。從鈦及其臺金錠到成品零部件，其成

29、品率僅10%- 20%因此殘鈦及其合金的回收利用，就成了降低成本，擴大應用的關鍵。美國有5 家專業(yè)的殘廢鈦料的回收處理企業(yè)，有專門的設備，專門的技術，大規(guī)模、高自動化地從事殘廢鈦的回收處理，其產(chǎn)品通過航空級認證，回收生產(chǎn)的鈦材可以重新用于航空產(chǎn)品的生產(chǎn)。2. 鈦合金特種加工技術(1) 激光加工技術利用高功率密度的激光束照射工件， 使材料熔化氣化而進行穿孔、 切割和焊接等的特種加工，英文簡稱lbml- i。國外激光加工設備和工藝發(fā)展迅速，現(xiàn)已擁有100千瓦的大功率co激光器、千瓦級高光束質(zhì)量的nd: yag固體激光器，有的可配上光導纖維進行多工位、遠距離工作。激光加工設備功率大、自動化程度高，已

30、普遍采用cnc$制、多坐標聯(lián)動，并裝有激光功率監(jiān)控、自動聚焦、工業(yè)電視顯示等輔助系統(tǒng)。激光表面重熔是一種好的方法，可提高鈦的點蝕抗力，擴大鈦在苛刻環(huán)境中的應用范圍。激光制孔的最小孔徑已達0.002 毫米， 成功地應用自動化六坐標激光制孔專用設備加工航空發(fā)動機渦輪葉片、燃燒室氣膜孔，達到無再鑄層、無微裂紋的效果。激光切割適用于由耐熱合金、鈦合金、復合材料制成的零件。目前薄材切割速度可達15米/分鐘，切縫窄，一般在 0.1毫米-1毫米之間，熱影響區(qū)只有切縫寬的10%- 20%最大切割厚度可達45 毫米，已廣泛應用于飛機三維蒙皮、框架、艦船船身板架、直升機旋翼、發(fā)動機燃燒室等。使用激光直接沉積制造先

31、進材料， 激光直接制造實現(xiàn)了高能密度熱源， 粉末金屬原料和在近凈成型中用計算機驅(qū)動機器控制來生產(chǎn)大塊材料。 粉末冶金和快速固化工藝相結(jié)合 允許生產(chǎn)具有新成分和獨特性質(zhì)的大塊結(jié)構材料。(2) 電子束加工技術電子束加工是利用高能量的會聚電子束的熱效應或電離效應對材料進行的加工。 例如對材料表面進行熱處理、焊接、刻蝕、鈷孔、熔煉或直接使材料升華。電子束加工技術在國際上日趨成熟，應用范圍廣。國外定型生產(chǎn)的40kv- 300kv的電子槍(以60kv、150kv為主)，已普遍采用 cnc$制，多坐標聯(lián)動，自動化程度高。電子束焊接己成功地應用在 特種材料、異種材料、空間復雜曲線、變截面焊接等方面。目前正在研

32、究焊縫自動跟蹤、填絲焊接、非真空焊接等，最大焊接熔深可達300 毫米，焊縫深寬比 20： 1。電子束焊已用于運載火箭、航天飛機等主承力構件大型結(jié)構的組合焊接，以及飛機梁、框、起落架部件、 發(fā)動機整體轉(zhuǎn)子、 機匣、 功率軸等重要結(jié)構件和核動力裝置壓力容器的制造。 如： f-22戰(zhàn)斗機采用先進的電子束焊接，減輕了飛機重量，提高于整機的性能；“蘇-27”及其它系列飛機中的大量承力構件，如起落架、承力隔框等，均采用了高壓電子束焊接技術。國外真空電子束物理氣相沉積技術， 已用于航空發(fā)動機渦輪葉片高溫防腐隔熱陶瓷涂層，提高了涂層的抗熱沖擊性能及壽命。電子束刻蝕、電子束輻照固化樹脂基復合材料技 術正處于研究

33、階段。(3) 離子束及等離子體加工技術聚焦離子束的工作原理是利用聚焦后的離子束掃描樣品表面， 通過檢測從樣品中被激 發(fā)出的二次電子，形成二次電子像進行觀測。在掃描過程中，因為離子有著較大的質(zhì)量， 同時可以對樣品進行加工。表面功能涂層具有高硬度、耐磨、抗蝕功能，可顯著提高零件的壽命，在工業(yè)上具有廣泛用途。美國及歐洲國家目前多數(shù)用微波ecr等離子體源制備各種功能涂層。等離子體熱噴涂技術已經(jīng)進入工程化應用， 廣泛應用在航空、 航天、 船舶等關鍵零部件的耐磨涂層、 封嚴涂層、熱障涂層和高溫防護層等。在鈦和鈦合金表面采用微波等離子cvd剛石涂層，涂層具有較好的結(jié)合強度。(4) 電加工技術電火花加工是在一

34、定的液體介質(zhì)中，利用脈沖放電對導電材料的電蝕現(xiàn)象來蝕除材料，從而使零件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量達到預定技術要求的一種加工方法。日本對鈦合 金表面電火花放電著色進行了研究。國外電解加工應用較廣， 除葉片和整體葉輪外己擴大到機匣、 盤環(huán)零件和深小孔加工，用電解可加工出高精度金屬反射鏡面。目前，電解加工機床最大容量已達到 5 萬安培，并已實現(xiàn)cnc控制和多參數(shù)自適應控制。電火花加工氣膜孔采用多通道、納秒級超高頻脈沖電源和多電極同時加工的專用設備，加工效率 2-3秒/孔，表面粗糙度ra0.4um,通用高檔電火花成型及線切割已能提供微米級加工精度，可加工3um的微細軸和5l1m的孔。精密脈沖電解技術已達1

35、0um左右。電解與電火花復合加工，電解磨削、電火花磨削已用于生產(chǎn)。鈦合金的最新加工技術有近凈成形技術、線摩擦焊接技術、超塑性成形技術、材料制 備及加工過程的計算機模擬技術。鈦合金的應用美國、 歐洲和俄羅斯的鈦加工材主要用于大型民航客機、 軍用飛機、 航天火箭、 導彈、 艦船、裝甲火炮、電力、化工、汽車等領域。其典型產(chǎn)品為飛機結(jié)構件、鈦制動機件、壓 氣機葉片和基座、水翼、螺旋槳及軸、支架、浮球、魚雷發(fā)射裝置、高壓氣瓶和全鈦冷凝 器等。為此，他們開發(fā)了大型電子束或等離子冷床爐熔煉爐，大型型材生產(chǎn)線、大型鍛件生產(chǎn)線； 俄羅斯上薩爾達公司擁有世界最大的 75000 噸水壓機， 能生產(chǎn)重達3.1 噸的鈦

36、鍛件，單件重量770 公斤以上的大型鑄件生產(chǎn)線等。在新型鈦合金方面，他們開發(fā)了 600 的高溫鈦合金，英國的im1834合金、美國的ti -100鈦合金；高強鈦合金，如美國的 ti-1023、ti-15-3、921s等；阻燃鈦合金 alloyc、ti35v-15cr、tial 合金及低成本鈦合 金，如美國 ti-4.5fe6.8mo.1.5al 等。日本鈦工業(yè)的民用技術走在了世界前列，如有經(jīng)濟指標最優(yōu)的海綿鈦企業(yè)，有亦鋼亦鈦的大卷重鈦帶生產(chǎn)線。其民用鈦制品遍及化工、石化、建筑、冶金、醫(yī)療（人體植入件、輪椅等）、交通（汽車、摩托車），體育（高爾夫球具、網(wǎng) 球拍、漁具，釣魚船等）、日用電子產(chǎn)品（照

37、相機，手表、復印機、打字機、手機、手提電 腦等）、炊具（刀、叉、鍋、鏟等）各個門類。民用航空工業(yè)是金屬鈦的主要消費部門。據(jù)國外有權威的機構估計，現(xiàn)在全球的金屬鈦年產(chǎn)量在5-6萬噸之間。民用航空工業(yè)的用鈦量占40%工業(yè)應用占34%軍事工業(yè)占16%日常消費晶白用鈦量占 10%據(jù)報道，工業(yè)用鈦的領域包括化學工業(yè)、電力工業(yè)、 能源工業(yè)、石油和天然氣工業(yè)、海水淡化等方面。軍工用鈦，除了飛機制造外，還包括裝 甲車、戰(zhàn)車。還有汽車制造、建筑、運動器材、器械和首飾品也是使用鈦的行業(yè)。2002年以來鈦的一些新興市場，如汽車和石油、天然氣都表現(xiàn)出溫和增長的跡象。就長期來看，汽車業(yè)將是鈦應用的一個更有保證的競爭領域

38、。鈦也正被用于濱海石油和天然氣開發(fā)應用中。高端消費晶，如高爾夫球桿和網(wǎng)球拍都已是一個成熟的環(huán)節(jié)。鈦的另一熱點是在生物醫(yī)學部門，醫(yī)藥市場需求不像其它市場呈現(xiàn)出大起大落的周期性，由于社會老齡化問題，醫(yī)藥市場每年正以5%- 7%的速度增長，鈦在醫(yī)藥市場中具有廣闊的應用發(fā)展前景。這些新興市場的鈦消費量在2001年為6000噸，2006年增加到10000噸。2007年，國際市場對鈦合金產(chǎn)品的需求繼續(xù)大幅增長，航空領域?qū)⒊蔀槲磥韼啄陣H市場的主要應用領域.航空航天、“兩堿一鹽”、石化、電力、海洋石油、艦船以及體育休閑等鈦 產(chǎn)品主要應用市場將繼續(xù)保持旺盛需求，同時計算機等新的鈦需求增長點也在不斷涌現(xiàn)，并呈上

39、升趨勢。據(jù)日本先進材料公司預測， 到2010年，世界鈦加工材市場將擴大到120000噸，海綿鈦的需求將達到 150000- 160000噸。結(jié)束語鈦工業(yè)目前最關心的問題有兩點：一是如何開發(fā)鈦的新應用領域。二是如何采用先進加zt藝來降低鈦材生產(chǎn)成本。這也是最為關鍵的問題。目前許多鈦專家正致力于此項研 究。如用冷爐床一次熔煉方法 （電子束或等離子）生產(chǎn)矩形板坯，再直接軋制成扁平材的工 藝技術就是目前低成本鈦材生產(chǎn)技術的發(fā)展趨勢。又如，生產(chǎn)汽車鈦閥門用的近凈成形、 粉末冶金方法及制取海綿鈦的電解法也是考慮降低成本的方法?？梢韵嘈烹S著鈦研究的不斷深入，鈦的應用領域?qū)⒏訑U展，并將獲得更大的社會效益和經(jīng)

40、濟效益。航空航天鈦合金零件的加工2009年02月03日機械專家網(wǎng)座反囹在許多航空航天應用中，鈦及其合金正在取代傳統(tǒng)的鋁合金。如今，航空航天業(yè)消耗的鈦材料約占全球生產(chǎn)總量的 42%并且從現(xiàn)在到2010年，預計 對鈦材料的需求將繼續(xù)以兩位數(shù)的速度增長。 新一代飛機需要充分利用鈦合金提 供的性能，無論是商用機還是軍用機市場，都正在推動對鈦合金的需求。波音787、空客a38。f-22猛禽戰(zhàn)斗機、f-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機（也稱為閃電h ）等新機型都采用了大量鈦合金材料。鈦合金材料的優(yōu)勢鈦合金具有高強度、 高斷裂韌性以及良好的抗腐蝕性和可焊接性。 隨著飛機機身越來越多地采用復合材料結(jié)構， 鈦基材料用于機身的

41、比例也將日益增大， 因為鈦與復合材料的結(jié)合性能遠遠優(yōu)于鋁合金。 例如： 與鋁合金相比， 鈦合金可使機身結(jié)構的壽命提高60%。鈦合金極高的強度/密度比（達20 ： 1,即重量可減輕20%）為減輕大型構件的重量（ 這是對飛機設計師的主要挑戰(zhàn) ） 提供了解決方案。 此外， 鈦合金固有的高耐蝕性（ 與鋼材相比） 可以節(jié)省飛機日常運行和維護保養(yǎng)的成本。需要更大加工能力 由于比普通合金鋼的加工更為困難， 因此通常認為鈦合金屬于難加工材料。 典型鈦合金的金屬去除率僅為大多數(shù)普通鋼或不銹鋼的25%左右，因此加工一個鈦合金工件需要花費的時間約為加工鋼件的 4 倍。 為了滿足航空制造業(yè)對鈦合金加工日益增長的需求， 制造商需要增加生產(chǎn)能力， 因此需要更好地理解鈦合金加工策略的有效性