在钛合金加工领域,钛合金具备一系列优良特性。其密度较低,约为4.4kg/dm³,同时比强度(强度与密度之比)较高,抗腐蚀性能卓越,耐热性良好,且韧性、塑性以及可焊性均较为出色。基于这些特性,钛合金目前已在航空航天、汽车制造、医学、体育用品制造以及电解工业等众多领域被广泛应用。然而,由于钛合金导热性能不佳、硬度较高、弹性模量较低等特性,使其成为一种加工难度较大的金属材料。本文将针对钛合金的工艺特性,总结其在切削加工过程中的一些工艺措施。
主要优点
1、高强度与低密度:钛合金强度高且密度小,密度仅为4.4kg/dm³,这一特性为大型结构件的轻量化提供了有效的解决方案。
2、优异的热强性:钛合金在400-500℃的环境下仍能保持较高强度,可稳定工作;相比之下,铝合金的工作温度通常被限制在200℃以下。
3、高耐蚀性:相较于钢材,钛合金具有天然的高耐蚀性。这一特性能够显著降低飞机在日常运行和维护保养方面的成本。
钛合金加工的特殊特性
1、导热系数低:以TC4钛合金为例,在200℃时,其热导率l=16.8W/m・℃,导热系数为0.036卡/厘米・秒・℃,仅为钢的四分之一、铝的十三分之一、铜的二十五分之一。在切削加工过程中,散热和冷却效果较差,这直接导致刀具寿命缩短。
2、弹性模量低:由于钛合金弹性模量低,零件已加工表面的回弹较大,使得已加工表面与刀具的后刀面接触面积增大,不仅影响零件的尺寸精度,还降低了刀具的耐用度。
3、硬度影响加工:硬度值较低的钛合金在加工时容易发粘,切屑易粘附在刀具前刀面的切削刃附近,形成积屑瘤,进而影响加工效果;而硬度值较高的钛合金在加工时则容易导致刀具崩刃和磨蚀。这些因素致使钛合金的金属去除率较低,仅为钢件的四分之一,加工相同尺寸的钛合金零件所需时间比钢件长得多。
4、化学亲和性强:钛不仅能与空气中的主要成分如氮、氧、一氧化碳等发生化学反应,在合金表面形成TiC及TiN硬化层,而且在切削加工产生的高温环境下,还会与刀具材料发生反应,从而降低刀具的耐用度。
5、切削过程安全性差:钛属于易燃金属,在微量切削时,加工过程中产生的高温和火花有可能引发钛屑燃烧。