鈦合金的特性及加工中存在的難點(diǎn)

鈦合金具有很高的韌性、延展性，特別是強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他金屬材料，可以制造出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)量輕的產(chǎn)品部件。鈦合金首先被應(yīng)用于航空，1953年，美國(guó)道格拉斯公司第一次把鈦材應(yīng)用于DC2T發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙以及防火壁上，取得了良好的效果。在航空航天領(lǐng)域，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、壓氣機(jī)、蒙皮、機(jī)身和起落架等部位最先使用鈦合金作為關(guān)鍵材料，使得飛機(jī)整體減重約30%~35%。鈦合金還成功應(yīng)用于核潛艇的耐壓殼體、海水管路系統(tǒng)、冷凝器和熱交換器、排風(fēng)扇的葉片、推進(jìn)器和軸、彈簧、航母上的消防設(shè)備、螺旋槳、噴水推進(jìn)裝置、舵等船用部件。此外，由于鈦合金具有良好的生物相容性、耐腐蝕性、力學(xué)性和加工性能，已經(jīng)成為最適宜的生物醫(yī)學(xué)金屬材料，成功應(yīng)用于人工膝關(guān)節(jié)、股關(guān)節(jié)、齒科植入體、牙根及義齒金屬支架等，其中，醫(yī)用植入物材料常用Ti6Al4V，Ti3Al-2.5V合金也因其有好的冷成型性、耐腐蝕及力學(xué)性能在臨床上被用作股骨和脛骨的替換材料。近些年來(lái)鈦合金被大量用于飛機(jī)上以代替鋁合金，其原因就是由于鈦合金的熱穩(wěn)定性好，高溫強(qiáng)度高，在300~500℃下，其強(qiáng)度約比鋁合金高10倍，工作溫度可達(dá)500℃。對(duì)堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)越的抗腐蝕能力，同時(shí)鈦合金在潮濕的環(huán)境中以及海水介質(zhì)中，對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力遠(yuǎn)超不銹鋼。使用鈦合金加工制作的產(chǎn)品還具有硬度高、熔點(diǎn)高、無(wú)毒、無(wú)磁等特性。

鈦合金加工存在的難點(diǎn)：
（1）變形系數(shù)?。哼@在鈦合金材料的切削加工中是一個(gè)比較明顯的特征。在切削加工的過程中，切屑與前刀面接觸的面積太大，切屑在刀具的前刀面上行程比一般材料的切屑要大的多，在這樣長(zhǎng)時(shí)間的行走會(huì)導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重，而行走過程中還會(huì)發(fā)生摩擦導(dǎo)致刀具的溫度升高。
（2）切削溫度高：一方面前面提到的變形系數(shù)小會(huì)導(dǎo)致一部分的溫度升高。而鈦合金切削加工過程中切削溫度高主要方面還是因?yàn)殁伜辖鸬膶?dǎo)熱系數(shù)非常的小，且切屑與刀具的前刀面的接觸的長(zhǎng)度短，在這些因素的影響下，切削過程中產(chǎn)生的熱量很難傳導(dǎo)出去，主要都存積在刀尖附近，造成局部溫度太高。
（3）鈦合金的熱導(dǎo)率很低：切削產(chǎn)生的熱量不易散出。鈦合金的車削過程是一個(gè)大應(yīng)力大應(yīng)變的過程，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，在加工時(shí)所產(chǎn)生的高熱量不能有效擴(kuò)散，同時(shí)刀具的切削刃和切屑的接觸長(zhǎng)度短，使熱量大量聚集在切削刃上，溫度急劇上升，刀刃軟化，加快刀具磨損。
（4）鈦合金的化學(xué)性能很大：高溫下，鈦合金很容易與刀具材料起反應(yīng)加速了月牙洼的形成。但是鈦合金的切削過程基本上是在高溫下進(jìn)行的。當(dāng)切削溫度高到一定的程度時(shí)，空氣中的氮氧等分子與鈦材料能夠容易地產(chǎn)生化學(xué)作用，導(dǎo)致生成了一種脆硬表皮。而且在鈦材料的切削過程中工件的已加工表面所發(fā)生的塑性變形導(dǎo)致了冷硬現(xiàn)象的產(chǎn)生，在工件材料的已加工表面發(fā)生硬化現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都能夠使得刀具的磨損加劇、鈦材料的疲勞強(qiáng)度受到降低。
（5）刀具極易磨損：刀具的磨損是很多綜合因素共同作用的結(jié)果，在鈦合金材料的切削加工過程中，極易造成刀具的崩刃現(xiàn)象產(chǎn)生，鈦材料在高溫的條件下一般都表現(xiàn)出刀具材料之間化學(xué)親和性比較強(qiáng)，還有就是高溫下刀具與鈦合金材料容易發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象，這些都導(dǎo)致刀具的使用壽命太短。所以鈦合金材料的切削必須注意的兩個(gè)方面，就是保持低的切削溫度和提高刀具/被切削材料的剛度，涂層刀具就是一種提高刀具剛度的辦法。