钛合金的加工工艺
钛合金有着与钛金属类似的大气高温污染（吸收氢氧氮）、强度高导致的刀具寿命短、导热性差导致的粘刀等等一系列麻烦。此外，热加工带来的金属相不均匀，晶粒粗大，残余应力，等等，也是钛合金热加工的难题。因此，工业纯钛和钛合金基材，在国际上基本是自由贸易（这与高性能碳纤维复合材料的禁运有很大的差异。详情见拙文《浅析碳纤维复合材料在航空航天领域的应用https://www.doczj.com/doc/3318714821.html,/s/blog_56c70d4b010165l9.html》）然而，买得起未必用得起，正是加工工艺的复杂，将绝大多数国家挡在了钛合金应用的门外。
下面，我们来看***钛合金加工工艺的情况。
一、下料切割工艺
钛合金制件之前，先要将大块钛合金进行初步切割，做下料准备。钛合金的切割，不像一般金属，很难用火焰方法进行，否则高温污染会导致材料脆化。因此多用等离子切割、激光切割、铣切来进行。但是这些方法，要么是材料容易产生热应力离散变形（如激光切割）、或者成本太高无法满足大量生产（如离子束切割），要么是残料率高（如铣切）。因此，人们想出了另一种常温切割方式：高压水切割。
水切割，就是水刀，呵呵。以前咱听说水滴石穿，那可要万年功夫。这次是水切钛断，立等可取啊。
中国航空报载，沈飞公司工艺研究所的首席专家蒲永伟，对水切割技术有深厚积累，潜心研究此项技术的钛切割应用，获得成功，顺利实施了40～100毫米厚的钛合金板材切割。由于是常温操作，切割质量好，且其效率是常规切割方法的50倍以上，材料费大大节约。至今，钛合金的水切割方式，在国内的应用已经接近10年。
二、铸造工艺
铸件加工，需要熔化钛合金进行浇注。同样，由于钛合金的化学活性，熔化的液态钛合金，几乎与所有的耐火材料起反应。因此其熔化和浇注必须在惰性气体（如氩气）保护或者真空环境下进行。
国内应用方面：
中国船舶新闻网报道，中国在消化吸收国外先进技术的基础上，掌握和发展了金属型、捣实型、机加工石墨型，以及氧化物面层陶瓷型壳等钛合金铸造技术，可以生产最大直径达150 0毫米X400毫米，最小壁厚为0.8毫米，单重达到近800千克的整体钛合金铸件，每年铸造钛合金用量达5000吨，具备了钛及钛合金精密铸件的基本生产技术。
根据热加工论坛的报道：我国航天用铸造钛合金的应用始于20世纪80 年代中期，现已有ZTi3，ZTiAl4，ZTiAl5Sn2. 5，ZTiAl6V4，ZTiAl6Zr2MoV等品牌（品牌的第一个字母Z，代表铸造）。
2001年，由北航、华中理工研制的ZTC4 钛合金（即对TC4进行铸造加工后的合金件），利用热等静压和熔模精密铸造成型技术,研制了某型飞机用钛合金精铸件。该铸件外型尺寸为6 30mm ×300mm ×130mm ,最小壁厚2. 5mm ,为复杂的框形结构。
中科院金属研究所网站报道：
2011年5月，沈阳向中国科学院金属研究所研发的钛铝母合金制备技术，通过了英国罗罗公司（Rolls-Royce）的质量审核。
2013年4月17日，罗罗航空发动机公司在沈阳，正式向该所颁发了钛铝涡轮叶片精密铸造技术质量认证证书。
中国的铸造钛合金技术，是如何吸收国外先进技术以及如何应用的。大家从上文中，见仁见智吧，呵呵。
三焊接工艺
钛合金的焊接工艺包括熔化焊、扩散焊和紧固焊三大类数十种，应用最多的是熔化焊。这类工艺，又包括了电子束焊接、等离子弧焊接、TIG焊、MIG焊、激光焊、摩擦焊等十几种，技术发展迅速，创新工艺不断涌现，是焊接工艺的主力军和先锋队。咱们多费些笔墨，稍加详叙。并请大家记住一个名字：中航工业制造所——中国高能束流加工领域的先行者。
钛合金焊接，有优势也有劣势。优势在于合金密度小，导热慢，热膨胀系数低，因此焊缝变形极小，焊道均匀，热感应裂纹几乎不存在。
劣势在于，钛合金的焊接，不适合采用传统意义上的乙炔焊、金属电弧焊和碳弧焊。原因还是在于大气的高温污染。判断钛合金焊接是否受到大气杂质的污染，手段之一是观察焊缝的颜色。一般的，如果焊缝是银白色或金黄色，恭喜你！这都是上佳的焊接。如果是紫色或者蓝色，点点头，也是合格的。如果是蓝白色、白色、暗灰、白色、黄白色，则证明受到了大气污染，焊缝变脆，延展性差。
因此，钛合金焊接中，必须隔开大气与熔池。一般采用的办法有两类：
方法一：惰性气体保护焊TIG焊。采用氩气（纯度应≥99.99％）。等惰性气体，让其流过焊枪，对电极和熔池进行保护。比如钛合金等离子TIG焊。
方法二：真空焊接。在真空中进行焊接，完全防止大气高温污染。如电子束真空焊。
比如F22的后机身前后梁，就采用了热等静压钛合金铸件的真空电子束焊接结构。
此外，钛合金焊接，还有一整套繁复多样的工艺规则，规矩真是大了去了。比如：焊前先对制件及焊丝进行酸洗，焊工应佩戴洁净的白细纱布手套（严禁佩戴棉线手套）。焊接工作尽可能在室内进行，环境风速应≤0.5m/s，避免受穿堂风影响。焊接后真空炉退火消除残余应力，
经处理的焊区严禁用手触摸和接触铁制物品。还有焊接坡口、焊流角等等，等等。
国内使用方面：
关于钛合金的先进焊接工艺，要从歼11生产线引进说起。
北京航空制造工程研究所王亚军的文章指出，中国的歼11生产线广泛采用了电子束钎焊、扩散焊、激光焊、真空钎焊、等离子弧焊及凸焊等工艺。其机体的焊接零件近万，部件近千，甚至主承力结构都采用焊接技术。如起落架的电子束焊，钛合金隔框和梁的潜弧焊，油箱钛合金下壁板和进气道防护隔栅采用穿透焊，后机身的钛合金蒙皮壁板采用TIG焊和点、缝焊，铝合金、不锈钢、钛合金导管采用TIG焊、感应钎焊。
SU27/歼11生产线引进和建设的副产品之一，就是震动了数十年铆接工艺无处不在的中国金属工艺界，确立了中国航空工业现代焊接技术体系，开创性了中国对先进焊接工艺的大规模研发和使用先河。以此为起点，中国逐步掌握了EBW、IFW、VB、自动氩弧焊、轨迹氩弧焊和弧焊机器人、SPF/DB、PAW及低应力无变形焊接技术，大大促进了钛合金焊接工艺的跨越式发展。
根据中国航空新闻网、中国航空报、新华网等报道：
承力结构焊接：
2011年7月，中航工业制造所消除了大厚度截面深熔电子束焊缝气孔、空洞、未熔合及根部钉尖等焊接缺陷，形成了大型复杂结构低应力、小变形电子束焊接制造关键技术，实现了电子束焊接接头综合性能与母材水平相当。同时利用该技术，对某型钛合金60mm厚截面电子束焊缝进行质量控制，在国内首次成功实现大厚度T损伤容限型钛合金承力框结构的电子束焊接制造
2012年3月，中航工业制造所向中航工业成飞交付电子束焊接设备及钛合金大型构件焊接工艺的仪式在成飞举行。中航工业制造所设计制造的65立方米高压电子束焊机，可完成最大达4米×2米范围内任何焊缝的焊接，是目前我国最大的高压电子束焊接设备。最大焊接厚度可达1
05毫米；在大厚度焊缝成形、缺陷控制以及焊接变形抑制方面取得突破性进展，焊后零件整体精度控制在1.0毫米以内，焊缝成形和接头质量均满足相关要求。
高温粉末合金焊接
以上是钛合金结构件的焊接技术，如果粉末高温合金的焊接，就要用到线性磨擦焊（LFW）的工艺。LFW工艺的效率高，质量好，焊缝区组织极细，焊接接头的静、动载力学性能达到甚至超过母材的水平，目前已用作航空发动机整体叶盘的生产工艺。欧洲战斗机“台风”发动机的3级低压压气机整体叶盘、美国第四代战斗机F-22和F-35发动机上整体叶盘，都是采用线性摩擦焊的顶级应用
国内应用方面
中国航空新闻网报道：
2003年4月，中航工业制造所开始了20吨线性摩擦焊试验设备的自主研发。
2006年8月，该所成功实现了第一件线性摩擦焊试件的焊接；
2007年12月，该所成功实现国内第一件碳钢材料压气机整体叶盘模拟件焊接；
2008年2月，该所成功实现国内第一件钛合金材料压气机整体叶盘模拟件焊接；
2009年9月，该所成功实现国内第一件不锈钢材料风扇一级整体叶盘1:2缩比模拟件焊接从上面披露的信息看，中航工业制造所的LWF工艺，在2009年前局限于“模拟件”焊接，尚未走出工艺实验室进入型号流水线的正式生产。相信他们近几年已经取得了新的进展，军迷们望穿秋水，静候佳音。
零件级和蒙皮类、型腔类及壁板类结构的对接拼焊
这就要用到激光焊接
激光焊接的能量密度高达106W/cm2以上，焊接速度快、对母材热损伤小，采用柔性光纤传输的1.06μm的Nd:YAG激光，配以可灵活操作的机械手，可以实现空间曲线焊缝的自动焊接。
在欧美等国在上世纪80年代末至90年代初，主要将激光焊接用于零件级和蒙皮类、型腔类及壁板类结构的对接拼焊。进入21世纪，双光束激光焊接技术采用两束激光对壁板结构T型接头两侧同步施焊，完成蒙皮与加强筋之间的连接，使焊接技术成功地实现了从零件级到部件级，甚至部件间连接的质的跨越。
国内应用方面：
中国航空报报道：1995年，在关桥院士的积极呼吁下，我国依托中航工业制造所，建立了高能束流加工技术重点实验室。该所高能束流加工技术重点实验室，先后建立了10kW光纤激光和3kW YAG激光以及4kW CO2激光焊接系统，以整体化焊接的钛合金、铝合金蒙皮类、型腔类及壁板类结构为研究对象，成功地将活性剂激光焊接技术应用于飞机钛合金蒙皮类和型腔类结构的对接拼焊。双光束激光焊接技术研究也获得重大突破，并应用于飞机钛合金壁板类结构蒙皮与加强筋之间的整体化焊接。（见下图：注意川崎重工的激光器机器人）
图1：钛合金双向加筋壁板结构双光束焊接
此外，中国百科网2013年报道，中国已将钛合金高纯净激光熔敷焊技术已经成功应用于航空发动机部件的再制造上，目前已修复某进口发动机中介机匣数个，防冰壳体和杯形件数百个。
四、锻造工艺
金属加工行业有一句俗话，叫铸不如锻，是说铸造的零件形状比锻造复杂，但是铸件的机械强度性能逊于锻件。航空武器装备中的重要承力构件都是由锻件制成的，如飞机机体的承力框、梁、接头、起落架，发动机的盘、轴、机匣壳体、叶片等。其中，大型锻件用于制造大型构件，属于机身结构中的关键件。这其中，当然少不了钛合金的身影：美国波音747～787、A 320～380的钛合金起落架，F-16飞机钛合金机身隔框，D-10飞机的后支承环，915发动机机座，苏27～33飞机钛合金大型结构件，GT25000舰用燃气轮机直径1.2米涡轮盘等都是在大型模锻水压机上模锻成形的。
国内应用方面：
钛合金锻件，特别是大型模锻件及其坯料的金相组织很不均匀，是业内长期未能解决的难题。中国高温钛合金的鼻祖曹春晓院士，根据钛合金热变形过程中再结晶和相变交叉进行的原理，产生了通过热变形温度的交替变换（高—低—高—低）获得细小均匀的新β晶粒的新思路，利用特定的相变模式优化了β转变组织形态，从而创立了高低温交替热变形技术和BRCT工艺。与传统的α+β热处理工艺、β热处理工艺相比，其热处理工艺在保持原有强度、刚性的情况下，提高断裂韧性50%以上，降低疲劳裂纹扩展速率一个数量级，提高使用温度20℃左右，可获高得多的疲劳强度和拉伸塑性。显著改善了大锻件组织性能的均匀性和稳定性，为空军装备更新换代做出了重要贡献。中国拥有钛及钛合金锻造生产线，合金挤压管、轧制和焊管生产线，包括万吨自由锻、1000~5400吨快锻机等先进设备，可生产直径为10~600毫米的锻棒以及直径为2~200毫米的薄壁及厚壁管材，最大长度可达15米。但是，中国的超大型模锻件的生产能力，曾经长期无法满足生产的需要，锻件几何尺寸、精度、重量、投影面积以及冶金质量，同国外相比有很大差距。
根据辽宁经济信息网载文沈重总工的报告，中国的预警机，枭龙和歼10，都有多项大型锻件和原材料向法国订购。可是我们知道，法国由于大型模锻压机加工能力不足，A380多个部件都要利用俄罗斯750MN模锻压机加工。您说，中国的差距有多大？
21世纪，改革开放20多年后的中国，积累和追赶的步伐，终于开始冲刺和超越。
2003年，中国工程院由师昌绪院士组织了由全国31个企事业单位的五位院士和17位专家，组成了《发展我国大型锻压装备研究--建设8万吨模锻液压机及其配套设备》咨询组，建议在"十一五"期间建造一台8万吨级模锻液压机和一台1.5万吨难变形合金挤压机。国家发改委、科技部、国防科工委已将其列入中长期规划，并计划在"十一五"期间实施。
2012年8月1日，中国新闻网报道，飞机超大型钛合金结构件，在西安阎良国家航空高技术产业基地锻造成功，该锻件由西安三角公司400MN（即4万吨）大型模锻液压机一次锻造成功。该锻压机由中国中冶所属中国二十二冶集团有限公司承包制造、清华大学机械工程系设计，是世界上最大的单缸模锻液压机。
图2 四万吨大型模锻液压机
试生产中的这个钛合金锻件用的是TC18，整体锻件投影面积1平方米，这是什么概念呢？美国生产钛合金锻件的专业公司Wyman-Gordon公司，利用美国最大的450MN模锻液压机制造了F-22中机身整体隔框闭式模锻件，整体锻件投影面积达到5.67平方米，是迄今为止世界上最大的航空用钛合金整体隔框锻件。
有差距，是不是？补差的，来了——
2013年4月11日，成都商报报道，中国8万吨大型锻压机在二重集团大型压机车间试产成功，超过了世界最大的俄罗斯7.5万吨模锻压机。这无疑会对我国四代机、大运、大客的结构部件加工有巨大的战略价值。
2013年11月，中航工业洪都“猎鹰”高级教练机翼身连接件钛合金大型框锻件精化”精益项目成功实施。
中国钛合金超大锻件的工艺发展战略是跟随创新，即技术发展路线是跟随，具体技术工艺是创新。与世界先进水平的比肩已经指日可待
五、激光立体成型（3D打印）工艺
金属构件“近净成形”技术的分支——激光成形技术（Laser Additive Manufacturing), 这是今年最热的军网话题，南北二马之一的北京航空航天大学材料学院材料加工工程系主任王华明，已经成为军迷的偶像。对此，中华网苍鹰的翅膀和多位大侠已有专帖。兵器迷大致回顾一下钛合金相关工艺的发展进程，不再赘述。
中国航空报报道：
1992年，美国解密其LAM研发计划，受到全球瞩目
1995年，中国开始钛合金激光成形技术的跟踪研究。
2005年7月，中国成功实现激光快速成形TA15钛合金飞机角盒，TC4钛合金飞机座椅支座及腹鳍接头，等4 种飞机钛合金次承力结构件在3种飞机上的装机应用。
2001-2005年，北航与沈飞研制的LAM构件，疲劳、断裂韧性等主要力学性能达到钛合金模锻件水平。
2006-2010年，北航与沈飞601所研制的LAM构件，缺口疲劳极限超过钛合金模锻件近50%、高温持久寿命较模锻件提高4倍(在500℃/480 MPa试验条件下的高温持久寿命,锻造TA15钛
合金为48.6 h，激光直接成形钛合金长达235 h)、疲劳裂纹扩展抗力提高一个数量级，研制了迄今世界面积最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套装备(零件激光熔化沉积真空腔尺寸达4000 mm×3000 mm×2000 mm)，具备了使用激光成形超过12平方米投影面积的复杂钛合金构件的技术和能力，
2009年，王明华团队利用激光快速成形技术，制造出我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框，成本5万美元，不到欧洲锻造开模费的1/10。
2010年，中国利用激光直接制造C919中央翼根肋，传统锻件毛坯重达1607千克，而利用激光成形技术制造的精坯重量仅为136千克，节省了91.5%的材料
2010-2013年，成飞和沈飞利用LAM技术，组装出歼-20，歼-15、歼-16,和歼-31的部分组件，甚至包括起落架关键部件——这是非常难得的进步。因为3D打印的稳定质量控制有相当难度，产品表面光洁度不高，产品内部强度抗疲劳特性存在问题。能够作为关键承力件产品在多型号应用，意义非同一般。
2013年，西北工业大学凝固技术国家重点实验室下设的激光制造工程中心，为国产客机C919制造了钛合金翼梁。同年，中航重机控股子公司中航激光所，展示了获得2012年度“国家技术发明一等奖”的飞机钛合金整体关键构件（见下图）激光成形技术。
图3 中国3D打印钛合金飞机部件
2013年1月14日，美国Sciaky公司宣布使用电子束替代激光，进行钛合金3D打印，制造的零件尺寸可以达到5.8米×1.2米×1.2米。
2013年，中国航空报报道，中航工业制造所从2006年在国内率先开展电子束快速成型技术的研究，经过多年艰苦努力，在国内实现了电子束快速成形技术在飞机制造上的首次应用。
中国人赶超的脚步，没有最快，只有更快。
国内钛合金加工领域，近年来捷报频传，可喜可贺。但另一方面，也应当看到，即使在钛工业大国中国，高温钛合金的加工，与镍基、铁基等所有高温合金加工一样，仍然是难上难。难到什么程度? 报载，中国材料大师师昌绪发明的某高温合金出来20多年，才终于有合适的工艺将之用在某型号发动机上。而大规模批产这样的合金用于该发动机，则依然是摆在冶金人面前的一道难题。
加工钛合金工艺发展的现实，再一次提醒我们：航空航天工业的整体进步，需要理论大师，需要材料大师，同样的，也需要工艺大师和大工匠。否则，设计和研发技术的成果潜力，难以立竿见影的转化为生产和装备的产品实力，局部的突破就只能凸显我们的短板。
比如：咱们国产的五轴数控床子出来多年了，MBTF只有200-450小时，德国800-1000小时；咱们的数控系统MBTF10000-20000小时，德国40000-80000小时。生产工艺是主要问题之一。进口别人的？中国某厂进口德国的高级数控机床，控制机床刀具回转的摆角头出了问题。其中的零件我们都认识，图纸我们都有，可是咱能拆，不能装。因为一个床头柜大小的摆角头内数百个零件几乎是消隙组合在一起，接近占满所有空间，安装工具、次序、力度稍有差异，都会影响机床工作效果，甚至根本就装不进去。没办法，只好请德国技工来调试，否则只能停产。人家来了，2个高级技工，搞定。
有鉴于此，不得不概叹我们独木桥式的高考制度：每年数百万大军一往无前，毕业竞争却空前激烈，就算找了工作，三五年内不考个研，似乎都不好意思。反之，职高、中专、技校这类在德国占70%以上劳动力的正常归宿，在中国数十年暗淡无光。
到现在，很多工厂高级技工一票难求，实验室研究所出来的花骨朵看似美丽芬芳，却在生产方面困难重重。高级金属、非金属加工流程断裂，或出现独苗工艺，使得产品长时间难以获得稳定量产。近的如钛合金3D打印，在试生产阶段已经数年，工艺仍不稳定；远的如WS-10发动机，设计定型后整整6年命运多舛，直到2010年后才逐渐走入批产正轨，虽然新机装备遇到问题是正常的，但其中曾暴露出的批量加工工艺长期不过关的问题，也算是一个侧影吧。官本位”有人反对，这“文凭本位”，又当如何？
实事求是，脚踏实地——言何其简，道何其远？
欲知后事如何，且听下回——《应用篇》分解。
注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《钛的性质及其应用》
《钛合金技术发展》
《轻合金丛书》
《日本钛合金的应用现状》《钛及钛合金牌号和化学成分》
《钛及钛合金牌号和化学成分》(2009/11/30 15:05) （引用地址：未提供） 目录：行业知识 浏览字体：大中小 《钛及钛合金牌号和化学成分》 目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为： 钛矿->采矿->选矿->太精矿->富集->富钛料->氯化->粗 TiCl4->精制->纯TiCl4->镁还原->海绵钛->熔铸->钛锭->加工->钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。 上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。
钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。 故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。 钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。钛材生产的原则流程如图1—1。 针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)->筛分->混合->压制成形->烧结->辅助加工->钛制品。
精心整理 钛合金特性及加工方法 钛合金以其强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材料，但由于其切削加工性差，长期以来在很大程度上制约了它的应用。随着加工工艺技术的发展，近年来，钛合金已广泛应用于飞机发动机的压气机段、发动机罩、排气装置等零件的制造以及飞机的大梁隔框等结构框架件的制造。我公司某新型航空发动机的钛合金零件约占零件总数的11％。本文是在该新机试制过程中积累的对钛合金材料切削特性以及在不同加工方法下表现出的具体特点的认识及所应采取工艺措施的经验总结。 1钛合金的切削加工性及普遍原则 钛合金按金属组织分为a 相、b 相、a+b 相，分别以TA ，TB ，TC 表示其牌号和类型。我公司某新型发动 600 损严重。 要保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃。 切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快；切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具耐用度。 加工时须加冷却液充分冷却。 切削钛合金时吃刀抗力较大，故工艺系统需保证有足够的刚度。由于钛合金易变形，所以切削夹紧力不能大，特别是在某些精加工工序时，必要时可使用一定的辅助支承。 以上是钛合金加工时需考虑的普遍原则，事实上，用不同的加工方法时及在不同的条件下存在着不同的矛盾突出点和解决问题的侧重点。 2钛合金切削加工的工艺措施
车削 钛合金车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施： 刀具材料：根据工厂现有条件选用YG6，YG8，YG10HT。 刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。 较低的切削速度。 适中的进给量。 较深的切削深度。 选用的具体参数见表1。 表1车削钛合金参数表工序车刀前角go ° ° mm m/min mm mm/r 粗车56 精车56 铣削 了3 此外，为使钛合金顺利铣削，还应注意以下几点： 相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。 铣削速度宜低。 尽量采用尖齿铣刀，避免使用铲齿铣刀。 刀尖应圆滑转接。 大量使用切削液。 为提高生产效率，可适当增加铣削深度与宽度，铣削深度一般粗加工为 1.5～3.0mm，精加工为0.2～0.5mm。 磨削 磨削钛合金零件常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。其原因是钛合金的导热性差，使磨削区产生高温，从而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。粘屑和砂轮堵塞导致磨削比显著
钛及钛合金机械加工要求 一、钛及钛合金切削特点: 1、变形系数小:变形系数小于或接近于1,切削在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大,加速刀具磨损。 2、切屑温度高:在相同的切削条件下,切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。 3、单位面积上的切削力大:容易造成崩刃,加大刀具磨损并影响零件的精度。 4、冷硬现象严重:降低零件的疲劳强度,加剧刀具磨损。 5、刀具磨损:在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下,刀具很容易产生粘结磨损。 二、刀具选择 1、切削加工钛及钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发,选用红硬性好,抗弯强度高,导热性能好,与钛合金金亲和性差的刀具材料。 2、常选用YG类硬质合金刀具比较适合,常用的硬质合金刀具材料为:YG8、YG 3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。 3、也可以选用金刚石和立方氮化硼作刀具。 三、加工设备要求 1、设署专用加工场地,确定专用加工钛及钛合金的机床。 2、工作区域辅设橡胶板或木地板,以免碰伤、擦伤钛材表面。
3、与钛及钛合金接触的所有工具、夹具、机床或其它装置必须洁净。 4、经清洗过的钛合金零件,要防止油脂或指印污染,否则以后可能造成盐(氯化钠的应力腐蚀。 5、禁止使用铅、铜、锡、镉及其合金,锌基合金制作的工具,夹具与钛,钛合金接触。 四、切削加工的要求 1、由于钛及钛合金的弹性模量小,工件在加工中的夹紧变形和受力变形大,会降低工件的加工精度,工件安装时夹紧力不宜过大,必要时可增加辅助支承。 2、切削液选用不含氯化物的切削液。 3、切削时,应大量浇注切削液,使钛及钛合金加工时充分得到冷却。 4、加工时,应防止切屑在机床上堆积。 5、刀具用钝后立即进行更换,或降低切削速度,加大进给量以加大切屑厚度。 6、加工时如一旦着火,应采用滑石粉,石灰石粉末,干砂等灭火器材进行扑灭,严禁使用四氯化碳,二氧化碳灭火器,也不能浇水。
钛合金加工工艺技术研究 发表时间：2018-11-17T18:52:43.813Z 来源：《建筑模拟》2018年第24期作者：翁刚 [导读] 选择一种科学合理的钛合金加工工艺技术，能够加强钛合金加工结构的稳定性能，从而确保钛合金加工结构的寿命。 翁刚 中国电子科技集团第四十九研究所黑龙江哈尔滨 150001 摘要：选择一种科学合理的钛合金加工工艺技术，能够加强钛合金加工结构的稳定性能，从而确保钛合金加工结构的寿命。但是由于钛合金加工的工艺技术可能会对加工结构的本身造成影响出现加工结构变形等问题，因此必须要选择一种科学合理的钛合金加工工艺技术，确保工艺技术的实际操作效能。 关键词：钛合金加工工艺 一、钛合金的认识 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。因为这些优点，钛合金应用很广泛。例如，钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。加工既要保证质量，又要使其变形尽可能地小，这样才能使尺寸不变，所以工艺就尤为的重要。 二、钛合金加工 2.1加工变形的原因 加工是个局部加热的过程，因为在加工中受到了不均匀、不全面的加热会造成加工缝隙和周边部位的温度升高，但是此时离缝隙较远距离的部位因为受到的加热不够甚至没有受到加热而温度极低，这样就会造成钛合金在加工中在热胀冷缩的原理下，在加工表面形成不同横向和纵向的纹路收缩，导致不同方向的纹路收缩交织在一起造成钛合金加工变形。这一过程是不可避免的，因为在加热过程中的受热面积不易控制，因此在钛合金加工中会经常发生。 2.2减少变形的措施 根据以往的工作和实践经验，并且通过相关理论知识的积累，相关工作人员应该对不同的钛合金加工工艺方案进行商讨，以便确定最佳钛合金加工供工艺方案，以此确保钛合金加工的无损检验工作顺利开展。同时，也要选择合适恰当、科学合理的钛合金加工手段，严格按照加工工序来进行钛合金加工工作，此外，要注意加大钛合金加工的约束力，以此来有效减少钛合金加工变形的可能性。另外，要注意选择恰当的钛合金加工缝隙的接口参数以及恰当的钛合金加工规范参数。以上这些方法和措施都能够有效保证钛合金加工工作的有效进行，从而为钛合金加工工艺工作打下良好的基础，保证钛合金加工工作的高质量。 三、钛合金加工工艺技术 3.1绿色的钛合金工艺技术 近几年我国大力推崇绿色生产、绿色经营，这些概念就意味着我国绝大多数制造业和大型机械设备制造业都开始向节能减排的绿色生产技术的方向发展。因此，我国现在在钛合金工艺技术方面也在进行着绿色检测，这也就意味着我国采用的工艺技术将会是对环境友好的方法，而逐步淘汰那些传统落后并且不利于环境保护的工艺方法。例如钛合金加工中的着色渗透检测技术，由于过多采用对环境可持续发展不利的磁粉探测，已经逐步被相关人员淘汰，转而使用漏磁无损监测技术，这一技术具有极高的灵敏度，可以在钛合金加工中进行智能及可视化工艺。同时，钛合金加工中采用的数字荧光和图像荧光工艺技术能够与传统的胶片相媲美，但是其相对于胶片技术来说却更加的绿色环保，并且易于储存、能够远距离传递信息，还可以进行循环利用。因此，绿色环保的钛合金工艺技术将会被越来越多的采用。 3.2钛合金加工的信息化和智能化工艺技术 随着我国科学技术和计算机技术的发展，制造业中对于信息化和智能化技术的应用也越来越普遍。因此，钛合金加工的工艺，也就利用了信息化和智能化的检测技术，通过这一手段可以通过晶片传感技术，通过结合计算机和信息技术，对于钛合金加工的各环节信息进行集成化的收集和记录，并且通过利用发达的信息系统功能及智能化的高科技检测设备对钛合金加工的工作成果进行监测，真正让钛合金加工工艺技术变得更为方便快捷。此外，这一技术还能够减少相关工作人员的工作量，最大程度的保证工作人员的工作效率和工作效果。 3.3钛合金加工的超声波工艺技术 钛合金加工工艺技术应用较为普遍的还有超声波工艺技术，这一技术是利用不同的媒介中超声波的传播速度不同的原理进行工作的。一旦钛合金加工中出现失误或者错误，会导致钛合金的内部构造的材质不同，这一不同可以通过运用钛合金加工的超声波工艺技术检测出来，确定钛合金加工中的具体失误位置及其由于失误造成的缺陷的缺陷大小，确保能够制定出相应的科学合理的钛合金加工工艺方案。此外，利用这一工艺技术还能够保证有缺陷的钛合金加工的工艺的准确性。同时，利用这一技术还能够及时分析出钛合金加工的缺陷，有助于相关工作人员及时进行钛合金加工的补救工作，从而保证钛合金加工的工作效果。另外，超声波技术的使用会让钛合金在加工中能够满足钛合金在现实生活中的应用需求，极大的促进了钛合金加工技术的发展。 3.4钛合金加工的射线工艺技术 在钛合金加工中也应用到了射线工艺技术，最常用的一种就是在X射线的条件下进行加工的工艺，这一技术能够将钛合金内部有缺陷的部位进行全面检测，能够确保钛合金加工的工艺技术的完整性。这一技术的工作原理是，钛合金在加工中会形成厚度差异，不同的厚度在相同时间里吸收的射线是不同的，通过深入分析钛合金加工面所吸收的射线种类，然后进行对比分析就可以确定钛合金加工的缺陷位置，并且能够确定缺陷位置的具体性质和表面积。通过应用钛合金加工的射线工艺技术，能够加强钛合金加工结构的服务性功能，不仅能够及时准确的分析出缺陷的具体位置，还能够保障钛合金加工结构的使用寿命，及时消除在使用钛合金加工结构中可能存在的安全隐患，确保钛合金加工结构的使用效能。 四、结束语 通过以上分析可以看出，科学合理的应用钛合金加工的工艺技术，能够在一定程度上加大加工结构的使用范围，同时能够提升钛合金加工结构的抗压能力和承载能力。但是通过以上钛合金加工工艺技术的分析可以了解到，不同的工艺技术，其检测机理和检测效果是不同
合金磨削刀具-钛合金的切削加工 首页>行业信息>行业信息> 合金磨削刀具-钛合金的切削加工 摘要：文件地点传真-500kV世博输变电工程设备采购招标混凝土机械设备-我国混凝土泵车的研发趋势器 材行业企业-2008年是纺织机械发展预测除尘器粉尘气体-现代锅炉除尘设备简介控制器技术空调-我国将 制定变频控制器标准终结市场混乱新产品功能水平-中联环卫机械公司五款新产品通过验收波兰装配厂-扩 大欧洲市场份额徐工波兰装配厂落成叉车鸟巢开幕式-龙工叉车为奥运鸟巢极速“变装”出力(图)刀具加工 刀片-Kennametal公司推出KB9640新刀具工程机械企业-工程机械租赁业发展前景广阔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α钛；在882℃以 上呈体心立方品格结构，称为β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，合金,磨削,刀具,丝锥,切屑,砂轮,磨损,铰刀,硬质合金,温度, 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α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β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) α钛合金：它是α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α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃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，室温强度不高。 (2) β钛合金：它是β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1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 (3) α+β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50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+p钛合金次之，β钛合 金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。 2．钛合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ρ=4.5g/cm3，熔点为1800℃，导热系数 λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，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。
钛合金的铣削加工技术 钛及钛合金因密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、焊接性能好等优异综合性能，在航空航天等领域得到越来越广泛应用。但是，钛合金的一些物理力学性能给切削加工带来了许多困难。切削时钛合金变形系数小、刀尖应力大、切削温度高、化学活性高、粘结磨损及扩散磨损较突出、弹性恢复大、化学亲合性高等特点，因此在切削加工过程中容易产生粘刀、剥落、咬合等现象，刀具温度迅速升高，导致刀具磨损，甚至完全破坏。 正因为钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点，从20世纪50年代开始，钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一，可以减轻飞机的重量，提高结构效率。在飞机用材中钛的比例，客机波音777为7%，运输机C-74为10.3%，战斗机F-4为8%。但是由于钛合金价格高，耐磨性差等原因，限制了其使用领域。 近几十年以来，国内外针对航天航空应用所研究的钛合金等均取得了很大进步，许多合金也得到广泛应用。本文针对航天航空产品中钛合金铣削加工技术进行论述，供同行们参考。 1. 钛合金简介 钛是同素异构体，熔点为1 720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β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）α钛合金它是α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α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500～600℃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，室温强度不高。 （2）β钛合金它是β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1 372～1 666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 （3）α +β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50%～100%；高温强度高，可在400～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α +β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α +β钛合金代号为2. 钛合金铣削加工时切屑的形成 由于钛合金工件材料有不同的种类，各种材料的切削加工性不同，切削条件不同，切削变形的程度也就不同，因而所产生的切屑形态也就多种多样。归纳起来，可分为以下四种类型：带状切屑、节状切屑（锯齿状切屑）、粒状切屑及崩碎切屑，如图1所示。锯齿状切屑
纯钛热加工性能参数 1. 来料牌号及化学成分 注：合金牌号对应标准GB/T3620.1-2007 2.纯钛的物理性能 熔点1668±4℃ 密度ρ＝4.5g/cm3 弹性模量E＝1.17×105MPa、G＝0.44×105Mpa（约为钢的54%）导热系数λ＝19.3Wm-1K-1 热膨胀系数10.2×10-6/℃（室温-700℃） 泊松比υ＝0.33
3.常温下力学性能 4. 加热规范 板坯在热轧前需要在加热炉中均匀加热， 为防止氧扩散，应限制加热温度和时间，因此，从成材率、表面质量考虑，该扩散层的厚度越薄越好，为此，热轧带卷加热温度的设定应在保证稳定轧制并可卷制成带的情况下，尽可能低。通常工业纯钛在加热炉内最好加热至800~920℃。 纯钛料轧制时的加热制度和终轧温度 5. 轧制过程控制 热轧分为粗轧和精轧。粗轧通常使用可逆式轧机，从厚板坯（80~300mm ）的轧制到供精轧机轧制的板材厚度（25~40mm ），需经5~7个道次的轧制。纯钛的粗轧终轧温度为790℃。精轧工序在6~7台串列式轧机进行，可将25~40mm 的板坯连续加工成钛带材（厚3~6mm ），轧制速度可达
300~600m/min。 轧制过程温度控制参数为：钛板坯在加热炉中加热到800~920℃，在910℃出炉；粗轧终轧温度为790℃，连续热轧时钛坯温度控制在650~800℃范围，终轧温度为670℃；在470~490℃温度范围进行卷取。轧制后立即将钛带在输出辊道上用水冷或空冷的方法，以大于5~10℃/s的速度冷却，在低于500℃时卷取，以保证带卷材质均匀。 其它工艺要点有：严格控制初轧及连轧时各机架压下量和各机架上带材的温度；避免辊道对带材表面划伤；每轧3~4块清理一下辊道上的金属沾污；热轧带卷初始阶段，需要建立一个稳定的、大于4MPa/mm2的后张力，防止因带材卷乱或松卷引起划伤。 轧制温度对纯钛的单位压力的影响
第一部分轧制原理 第一章基本概念 第一节变形程度指数 1、轧制过程：是指轧件由摩擦力拉近旋转的轧辊间，借助轧辊施加的压力使金 属发生塑性变形的过程。 2、轧制分为平辊轧制和型辊轧制。 3、变形程度指数：高向变形指数、横向变形指数、纵向变形指数。 用绝对变化量不能表明变形程度的清晰概念。在实际生产中大多数采用相对变形量即加工率来表示变形程度。（纵向变形指数：延伸率δ=l-L/l*100% 延伸系数λ=l/L） 第二节金属变形区及主要参数 4、轧制时，轧件充满轧辊辊缝形成一个由厚变薄的变形区域，称为变形区。 由金属质点开始至停止流动所包括的区域称为塑性变形区。 5、接触角αj：轧件与轧辊接触弧所对应的圆心角α为接触角αj。刚咬着瞬间， αj为零，随拽人过程进行，αj迅速增大，当金属完全充满辊缝时，αj达到最大值。 咬入角：αy：咬入角是一个与轧制力作用位置有关的参数。轧件被咬着的瞬间，咬入角最大，拽入过程中，咬入角逐渐减小，稳定轧制时咬入角到达最小，其值等于αj/2 。 第二章轧制过程三个阶段 6、轧制咬入阶段（咬着、拽入）、稳定轧制阶段、轧制终了阶段。 7、简答题：理想的简单轧制过程的条件是？ 答：1、直接接触轧件的两个轧辊都是主动的 2、两个轧辊直径相同，转速相等 3、在轧制过程中，轧件除承受轧辊轧制力的作用外，不受任何外力的作用 4、轧件的性能均匀，做匀速运动 第二节改善咬入措施 8、简答题：影响轧制咬入的因素？ 答：1、轧辊直径及压下量的影响 （1）压下量一定时，轧辊直径越大，则所得的咬入角越小 （2）轧辊直径一定时，压下量Δh增加，将使咬入角增加，有利咬入。 （3）在咬入角相同时，则大直径的轧辊可获得较大的压下量，不利咬入。 2、作用于水平方向的外力对于咬入的影响 凡是顺轧制方向的水平力，一般都有助于咬入。 3、轧辊的表面状态对咬入的影响 表面粗糙程度越大，则摩擦系数f越大，摩擦角越大，咬入越容易。 4、轧制速度对轧件的影响 降低轧制速度则有利于轧件的咬入。 5、轧件的形状对咬入的影响 轧件前端薄或带有圆角等都有利于咬入。 9、简单题：改善咬入的措施？ 答：1、轧件前端做成锥形或楔形，是开始咬入时的咬入角小。 2、开始咬入时，把辊缝加大，使咬入角减小，稳定轧制建立后，可减小辊
钛合金加工工艺技术研究 李富长,宋祖铭,杨典军 (南京机电液压工程研究中心,江苏南京211102) 摘 要:钛合金材料是目前较难加工的材料之一,因其热传导系数小、比热低、化学性能活泼等特点,给机械加工带来一定的难度。本文通过某产品钛合金摇臂的工艺性及工艺难点分析,并通过工装、刀具、冷却液、切削参数等方面分析和选择,总结出钛合金加工的普遍原则。 关键词:钛合金加工;加工难点;加工方法 中图分类号:TG146.23 文献标志码:B Research on Titanium Alloy Machining Technology LI F uchang,SON G Zuming,Y A NG Dianjun (N anjing Engineering Institute of A ircraft Sy stems,Nanjing211102,China) A bstract:Titanium alloy material is hard to process.T he machining of titanium alloy material is quite challenging due to its small the rmal co nductivity,low specific heat and active chemical proper ty features,etc.T his a rticle analy ze s the manu-facturability and technical challenges w hen machining tita nium allo y rocker arm fo r so me aviation pro ducts,a nd then sum-ma rizes the g ener al principle s fo r titanium alloy machining based on analysis and selection of too l,fix tur es,co olant,cutting pa rameters,etc. Key words:T itanium alloy machining,M achining challenges,M achining me tho ds 钛合金以其质量轻、强度高、力学性能及抗蚀性能良好而成为飞机及发动机理想的制造材料,特别是未来新型战机将大量使用钛合金,这有助于提高飞机的耐热性、减轻机体质量、增大机体强度。但由于钛合金材料导热系数低、塑性低、硬度高、弹性模量低、弹性变形大等特点,造成钛合金材料切削加工性差,长期以来在很大程度上制约了它的应用。 本文通过介绍某型号方向舵机中输出摇臂的机械加工,通过工艺难点分析、工装、刀具、冷却液的选择等几方面对钛合金加工进行阐述,为今后钛合金材料零件的加工提供借鉴。 1 工艺性分析 该零件为某型号方向舵机中输出摇臂(零件示意图见图1),该零件主要加工特性有:1)零件为模锻件,材料为TC6;2)零件外形复杂,不规则;3)内部加工难点是一处内孔18+0.02 0mm,长120±0.05 mm,为基准孔;4)4处不连续的10+0.016 0mm孔,最长孔70mm;5)1处6+0.013 0mm,长60mm的不连续孔,内孔表面粗糙度为0.8μm,各孔同轴度允差0.04mm,相对基准A平行度允差0.05m m。 由于钛合金材料强度高,导热系数低,因此在切削加工过程中,易于在切削区域形成高温,散热慢,不利于热平衡,散热和冷却效果很差,加工后零件变形回弹大,易引起变形。为了阻止变形对加工精度的影响,必须合理安排工艺路线,采用合理的刀具及切削参数,并要采取热处理(人工时效,消除加工应力)措施。根据对零件材料性质、设计要求和加工要素的分析,确定加工流程见图2。 粗加工阶段,主要是为了加工定位基准面(孔),对精度要求不高的外部轮廓直接加工到图样要求的尺寸;精度要求高的孔(如18+0.02 0m m孔、 10+0.016 0 m m孔、6+0.013 0mm孔)和平面(如两端面)留有余量,待精加工完成。粗加工阶段以后,安排热处理工序(人工时效,消除加工应力),目的是消除粗加工阶段产生的加工应力。精加工阶段主要采用加工中心、座标镗、平磨、研磨等精加工工序完成零件的加工。 2 工艺难点及解决措施 2.1 工艺难点 1)钛合金的切削加工性比较差,主要因为: a.导热性差,致使切削温度很高,降低了刀具耐用度; b.加工表面温度达到600℃以上时,零件表面形成氧化硬层(硬化层厚度约为0.1～0.15m m),对刀具有强烈的磨损作用; c.塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑与前刀面接触长度很小,前刀面上应力很大,刀刃易发生破损; d.弹性模量低,弹性变形大,接近后刀面处工件表面回弹量大,所以已加工表面与后刀面的接触面积大,磨损严重。钛合金切削过程中的这些特点使其加
钛合金的切削加工及刀具设计 核心提示：分析了钛合金的相对可切削性,阐述了钛合金切削加工条件;以钛合金车加工和孔加工为例介绍了钛合金加工刀具的设计. 1.引言 钛及钛合金不仅是制造飞机、导弹、火箭等航天器的重要结构材料，而且在机械工程、海洋工程、生物工程及化学工程中的应用也日益广泛。如在阀门制造中，将不锈钢阀门与钛制阀门同时在酸性介质中使用，钛制阀门具有更好的使用寿命。 在钛中加入合金元素形成钛合金，其强度显着提高,σb可从350～700MPa提高到1200 MPa，因此在工业上应用钛合金的意义更具重要性。通常按使用状态下的组织将钛合金分为α钛合金（以TA表示）、β钛合金和（α+β）钛合金（以TC表示）三类，三种钛合金中最常用的是α钛合金和(α+β)钛合金。由于钛合金可切削性极差，因此给实际应用带来很多困难。笔者从钛合金的相对可切削性研究出发，根据多年生产经验提出较实用的刀具，供读者应用时参考。 2.钛合金可切削性的研究 若以45号钢的可切削性为100%，则钛合金的可切削性约为20～40%，其可切削性比不锈钢差，但比高温合金稍好。在钛合金中又按β型钛合金、α+β型钛合金、α型钛合金为序其可切削性逐步改善，而纯钛的可切削性最好。即在一般情况下，材料硬度愈高，加入合金元素越多，材料的可切削性越差。加工钛合金时，若材料硬度小于HB 300将会出现强烈粘刀现象，而硬度大于HB370时加工又极其困难，因此最好使钛合金材料的硬度在HB300～370之间。 2.1 钛合金切削机理的研究 （1）气体杂质的影响 各种气体杂质对于钛合金的可切削性有很大影响，其中最显着的是氧、氢和氮；钛合金的可切削性随着气体在钛合金中的含量增加而恶化。
一，钛合金大类综述 钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。 钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。 室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 钛合金性能特点： ①使用温度高，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作。②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、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。③钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 二，典型牌号分析 三，难加工原因 钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。 ①，变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑 在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。 ②，切削温度高：由于钛合金的导热系数很小，切屑与前刀面的接触长度极短，切削 时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。 在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。 ③，单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20%，由于切屑与前刀面的接触 长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。 ④，冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的 氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。 ⑤，刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外 皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。 四，拟采取的措施 1，刀具材料 切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。2，刀具几何参数
钛合金的加工工艺 钛合金有着与钛金属类似的大气高温污染（吸收氢氧氮）、强度高导致的刀具寿命短、导热性差导致的粘刀等等一系列麻烦。此外，热加工带来的金属相不均匀，晶粒粗大，残余应力，等等，也是钛合金热加工的难题。因此，工业纯钛和钛合金基材，在国际上基本是自由贸易（这与高性能碳纤维复合材料的禁运有很大的差异。详情见拙文《浅析碳纤维复合材料在航空航天领域的应用https://www.doczj.com/doc/3318714821.html,/s/blog_56c70d4b010165l9.html》）然而，买得起未必用得起，正是加工工艺的复杂，将绝大多数国家挡在了钛合金应用的门外。 下面，我们来看***钛合金加工工艺的情况。 一、下料切割工艺 钛合金制件之前，先要将大块钛合金进行初步切割，做下料准备。钛合金的切割，不像一般金属，很难用火焰方法进行，否则高温污染会导致材料脆化。因此多用等离子切割、激光切割、铣切来进行。但是这些方法，要么是材料容易产生热应力离散变形（如激光切割）、或者成本太高无法满足大量生产（如离子束切割），要么是残料率高（如铣切）。因此，人们想出了另一种常温切割方式：高压水切割。 水切割，就是水刀，呵呵。以前咱听说水滴石穿，那可要万年功夫。这次是水切钛断，立等可取啊。 中国航空报载，沈飞公司工艺研究所的首席专家蒲永伟，对水切割技术有深厚积累，潜心研究此项技术的钛切割应用，获得成功，顺利实施了40～100毫米厚的钛合金板材切割。由于是常温操作，切割质量好，且其效率是常规切割方法的50倍以上，材料费大大节约。至今，钛合金的水切割方式，在国内的应用已经接近10年。 二、铸造工艺
铸件加工，需要熔化钛合金进行浇注。同样，由于钛合金的化学活性，熔化的液态钛合金，几乎与所有的耐火材料起反应。因此其熔化和浇注必须在惰性气体（如氩气）保护或者真空环境下进行。 国内应用方面： 中国船舶新闻网报道，中国在消化吸收国外先进技术的基础上，掌握和发展了金属型、捣实型、机加工石墨型，以及氧化物面层陶瓷型壳等钛合金铸造技术，可以生产最大直径达150 0毫米X400毫米，最小壁厚为0.8毫米，单重达到近800千克的整体钛合金铸件，每年铸造钛合金用量达5000吨，具备了钛及钛合金精密铸件的基本生产技术。 根据热加工论坛的报道：我国航天用铸造钛合金的应用始于20世纪80 年代中期，现已有ZTi3，ZTiAl4，ZTiAl5Sn2. 5，ZTiAl6V4，ZTiAl6Zr2MoV等品牌（品牌的第一个字母Z，代表铸造）。 2001年，由北航、华中理工研制的ZTC4 钛合金（即对TC4进行铸造加工后的合金件），利用热等静压和熔模精密铸造成型技术,研制了某型飞机用钛合金精铸件。该铸件外型尺寸为6 30mm ×300mm ×130mm ,最小壁厚2. 5mm ,为复杂的框形结构。 中科院金属研究所网站报道： 2011年5月，沈阳向中国科学院金属研究所研发的钛铝母合金制备技术，通过了英国罗罗公司（Rolls-Royce）的质量审核。 2013年4月17日，罗罗航空发动机公司在沈阳，正式向该所颁发了钛铝涡轮叶片精密铸造技术质量认证证书。
首页>行业信息>行业信息> 合金磨削刀具-钛合金的切削加工 摘要：文件地点传真-上海500kV世博输变电工程设备采购招标混凝土机械设备-我国混凝土泵车的研发趋势器材行业企业-2008年是纺织机械发展预测除尘器粉尘气体-现代锅炉除尘设备简介控制器技术空调-我国将制定变频控制器标准终结市场混乱新产品功能水平-中联环卫机械公司五款新产品通过验收波兰装配 厂徐州-扩大欧洲市场份额徐工波兰装配厂落成叉车鸟巢开幕式-龙工叉车为奥运鸟巢极速“变装”出力(图)刀具加工刀片-Kennametal公司推出KB9640新刀具工程机械企业-工程机械租赁业发展前景广阔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α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β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，合金,磨削,刀具,丝锥,切屑,砂轮,磨损,铰刀,硬质合金,温度, 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α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β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) α钛合金：它是α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α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃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，室温强度不高。 (2) β钛合金：它是β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1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 (3) α+β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50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+p钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。 2．钛合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％，但其强度低、塑性高。％工业纯钛的性能为：密度ρ=cm3，熔点为1800℃，导热系数λ=，抗拉强度 σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。 (1)比强度高：钛合金的密度一般在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α钛合金，在350℃时TA6的巩达422MPa、TA7的σb达491MPa，在500℃时TA8的σb达687MPa；对于α+β钛合金，在400℃时TC4的σb达618MPa、TC10的σb达834 MPa，在450℃时TC6和TC7的σb均达589MPa、TC8的σb达706MPa，在500℃时TC9的σb达785MPa。这两类钛合金在150℃～500℃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。
钛合金材料铣削加工 1钛合金材料的优势 钛合金具有高强度、高断裂韧性以及良好的抗腐蚀性和可焊接性。随着飞机机身越来越多地采用复合材料结构，钛基材料用于机身的比例也将日益增大，因为钛与复合材料的结合性能远远优于铝合金。例如：与铝合金相比，钛合金可使机身结构的寿命提高60%。 钛合金极高的强度/密度比（达20∶1，即重量可减轻20%）为减轻大型构件的重量（这是对飞机设计师的主要挑战）提供了解决方案。此外，钛合金固有的高耐蚀性（与钢材相比）可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。 2需要更大加工能力 由于比普通合金钢的加工更为困难，因此通常认为钛合金属于难加工材料。典型钛合金的金属去除率仅为大多数普通钢或不锈钢的25%左右，因此加工一个钛合金工件需要花费的时间约为加工钢件的4倍。 为了满足航空制造业对钛合金加工日益增长的需求，制造商需要增加生产能力，因此需要更好地理解钛合金加工策略的有效性。典型的钛合金工件的加工是从锻造开始的，直到80%的材料被去除而获得最终的工件外形。 随着航空零部件市场的快速增长，制造商们已经感到力不从心，加上因钛合金工件加工效率较低而增加的加工需求，导致钛合金加工能力明显处于紧张状态。一些航空制造业的领军企业甚至公开质疑现有的机械加工能力能否完成全部新型钛合金工件的加工任务。由于这些工件通常是由新型合金制成，因此需要改变加工方式和刀具材料。 3钛合金Ti-6Al-4V 钛合金有三种不同的结构形式：α钛合金、α-β钛合金和β钛合金。商用纯钛和α钛合金不能进行热处理，但通常具有良好的可焊接性；α-β钛合金可进行热处理，大多数也具有可焊接性；β和准β钛合金完全能进行热处理，且一般也具有可焊接性。 用于涡轮发动机和机身构件的大部分普通α-β钛合金为Ti-6Al-4V（Allvac Ti-6-4，简称Ti-6-4），本文用Ti-6-4代表ATI Allvac公司生产的钛合金，该公司是钛合金的主要供应商（最近与波音公司签订了一项25亿美元的钛合金长期供货合同）。另外，与ATI Allvac公司合作开发加工解决方案的ATI Stellram公司也采用这些钛合金代号来描述加工要求。 Ti-6-4具有优异的强度、断裂韧性和抗疲劳综合性能，可制成各种产品形态。退火态的Ti-6-4可广泛应用于结构件。通过化学成分的微小变化以及不同的热机械处理工艺，用Ti-6-4可生产出各种不同用途的零部件。 4钛合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（简称Ti-5-5-5-3）是一种颇具市场影响力的新型钛合金。与β钛合金和α-β钛合金相比，这种准β钛合金可以提供在要求更高抗张强度的飞机构件应用中所需的疲劳断裂韧性。 与传统钛合金（如Ti-6-4和Ti-10-2-3）相比，Ti-5-5-5-3具有的可锻造成复杂形状、热处理后最终抗张强度可达180ksi（每平方英寸数千磅）等性能使其成为制造飞机高级构件和起落装置最有前途的材料。 通过在β转变温度以下进行溶解热处理或在β转变温度以上进行退火处理，同时适当控制显微结构中的晶粒尺寸和沉淀，Ti-5-5-5-3可获得优异的机械性能。β转变温度是合成物的特定温度，在此温度下合金从α-β显微结构转变为全β显微结构。 化学性能与微观结构的变化使钛合金可获得宽范围的性能组合，并因此在航空构件中获得广泛应用。Ti-5-5-5-3的加工难度与Ti-6-4相比大约增加了30%，因此应用这种新型合金的零件制造商正致力于开发能够不缩短刀具寿命、不延长生产周期的相应的加工工艺。
钛合金零件加工工艺研究 摘要：本文对钛合金材料的优点以及加工特性进行了介绍和分析，并对钛合金 零件的加工工艺以及加工注意事项进行了讨论和研究，希望能够为相关产业中钛 合金零件的加工、应用和发展起到一些参考作用。 关键词：钛合金；零件；加工 引言 Ti元素在不同的温度下会呈现出不同的排列结构，当温度＜882℃时为密排六方晶格结构，≥882℃时为体心立方晶格结构，两种不同结构的Ti分别称为αTi以 及βTi。通过添加适当的合金元素后便可以得到α合金、β合金以及α+β合金三 种合金物质，我国一般表示为TA、TB、TC。其中TA、TC是最为常用的两种钛合金，根据其实际用途不同以及添加的合计元素不同，可以分为高强合金、耐蚀合金、耐热合金、低温合金以及特殊功能合金等。早期钛合金主要应用于航空发动 机的制造，随后相关技术的不断发展，钛合金在医疗、民用等方面表现出了良好 的发展前景。 1.钛合金材料的主要优点 钛合金材料有着十分广阔的应用前景，这取决于其所具有的一些特性和优点，主要包括以下几个方面： （1）密度低。钛合金的密度一般为4.4kg/dm3左右，仅有钢的60%，重量较 强轻。高强度钛合金在抗弯强度上要高于超硬铝合金、耐热铝合金，高强度镁合 金以及高强度结构钢，仅次于超高强度结构钢，比强度（强度/密度）则要高于上述所有金属，应用于零件、结构件制造上可以有效的减轻构件质量，并保持较高 的强度和刚性。 （2）热强度高。钛合金即使在450~500℃时仍然能够具有良好的强度表现， 工作温度远远高于铝合金（工作温度200℃），能够在高温环境下保持稳定的工 作状态。同时钛合金的低温性能也同样良好，TA7钛合金在-253℃仍然可以保持 其力学性能。 （3）抗蚀性强。钛合金对于点蚀、酸蚀、应力腐蚀以及氯化物、含氯有机物质、硝酸、氯酸、碱等有着较高的抗蚀性，能够在海水、潮湿等环境中进行应用。 2.钛合金加工特性分析 在钛合金零件的加工工艺中，由于受到材料本身性质特点的影响，其表现出 的加工特性主要包括以下几个方面： （1）导热系数低。以TC4为例，其导热率l=7.955W/（m·℃），为铁的1/5, 铝的1/10。较低的导热系数导致材料在切削过程中产生的热量会在切削区、切削 刃附近集聚，无法有效的散出，进而造成了切削温度上升，刀具寿命大大缩短。 （2）弹性模量低。在钛合金的加工过程中已加工面会在径向力的作用下出现表面回弹较大或弯曲变形、引发振动的情况，从而导致刀具后面与材料表面的接 触面积增加，造成刀具磨损严重，零件精度也无法得到保障。 （3）硬度因素。加工的钛合金材料如果硬度值较高（＞HB350），会使刀具 出现磨损、崩刃的可能性大大增加；而如果硬度值较低（＜HB300）则可能会出 现切屑附着于切削刃形成积屑瘤。两种情况都会造成钛合金的加工效果不良，加 工时间延长。 （4）化学亲和性强。Ti元素能够与空气中的C、N、CO、CO2等物质反应形