PCD刀具加工钛合金的试验研究
钛合金由于其具有比强度高、抗腐蚀能力强等优良性能,已被广泛用于航空、航天、化工等领域。但是其可加工性能差,属于典型的难加工材料。
目前国内外钛合金加工主要采用无涂层的硬质合金刀具,但切削速度被限制在45m/min以下,大大限制了钛合金的加工效率,如何实现对钛合金材料进行高效加工成为一个亟待解决的难题。聚晶金刚石刀具(Polycrystalline Diamond,简称PCD)呵以实现对钛合金的高效加工,与硬质合金刀具相比具有切削速度高、刀具寿命长等优势。
在加工中切削力的变化和热塑剪切失稳的发生将直接影响加工精度、刀具磨损和表面质量。本文通过对钛合金切削时切削力、表面粗糙度以及热塑剪切失稳等问题的深入研究,为生产实际中钛合金的平稳、高效加工提供理论依据。
主要内容如下:1)通过切削力试验,研究了切削用量对钛合金Ti-6A1-4V静、动态切削力的影响规律,并从理论上进行了深入分析。2)通过表面粗糙度的正交试验,分析了切削用量对钛合金Ti-6A1-4V表面粗糙度的影响规律,分析了表面粗糙度变化的原因。
并以Ra和Rz为指标,进行了方差分析,方差分析结果表明:进给量和切削深度均对Ra、Rz有显著影响。3)采用金相显微镜和扫面电子显微镜观察不同切削条件下的切屑的剪切带形貌,分析了热塑失稳条件下切屑内部的变形特征、剪切带形貌转变以及切削速度对剪切带宽度和间距的影响。
分析结果表明切屑内部在很窄的区域内发生了较大的剪切滑移变形。剪切带经腐蚀后呈白亮状,组织细密,而其周围的基体由于受热影响较小未发生较大变形。 另外随着切削速度的提高,剪切带由形变带向转变带发展,剪切带宽度和间距与切削速度成反比。4)通过软件Digimizer对锯齿形切屑的形态参数进行了测量和分析,研究了切削用量对锯齿形切屑的步距、锯齿化程度、切屑的形成频率和锯齿齿尖角的影响。
5)通过计算锯齿形切屑内的剪应变,测量剪切带内外的显微硬度和切屑的X射线衍射分析,对不同切削条件下钛合金Ti-6A1-4V组织转变进行了研究,证实了在发生热塑剪切失稳时钛合金的组织确实发生了相变。
钛合金TC4铣削试验研究
【摘要】：本文通过对TC4钛合金锻件进行单因素铣削实验，得出其切屑形态随着铣削深度a的增大将由紧密螺旋状逐渐变为松散状的结论。通过铣削率模型，找到了在特定铣削速度和进给速度下，铣削钛合金的最佳深度范围，对于钛合金铣削加工具有生产指导意义。
【关键词】：钛合金；切屑形态；铣削深度；铣削体积；铣削时间；铣削率
引 言
钛合金具有质量轻、强度高、高温性能好、耐腐蚀等许多优点.在航空航天、船舶和化工等工业部门得到广泛的应用[1]。但由于钛合金导热系数低、摩擦因数大、弹性模量小、化学活性大、切屑与前刀面的接触面积小，使得钛合金切削加工性较差[2]。
目前TC4应用比较广泛，是以α相为主的双相合金，β相一般少于30%，其综合性能好，组织稳定，有良好的韧性、塑性和高温变形性能。但是，在高速条件的切削力、切削温度以及刀具磨损机理等方面还有很多现象解释不清，对工件的表面质量的影响方面等问题，针对这些问题国内外学者做过很多研究。
Narutaki对钛合金TC4的切削力和切削温度进行研究得到：切削钛合金时刀具磨损并非切削力所致，而切削温度是致使钛合金难以继续切削的主要原因。F.
Klocke， N等人在分析和实验的基础上，对涂层硬质合金刀具铣削TC4的效率进行了评价，用有限元的方法对切削时的应力-应变曲线进行分析。
1试验材料及过程
1.1.试验材料
试验材料为TC4钛合金锻件，尺寸为290mm×192 mm×65mm，其化学成分见表1。
表1 TC4钛合金的化学成分%
合金
牌号 成 分 抗拉强度
σb/MPa 伸长率δ
/% 冲击韧性
ak/104J·m-2 硬度
HB 弹性模量
E/106MPa 导热系
/W·（m·K）-1
TC4 TC4 903 10 39.24 320-360 0.111 5.44
1.2.试验条件与过程
为研究铣削时钛合金的切屑形态与铣削深度的关系，并确定在特定铣削速度
高能束加工High Energy Beam Machining
632019年第62卷第18期·航空制造技术钛合金先进焊接技术研究现状*
孙文君，王善林，陈玉华，黄永德，柯黎明
（南昌航空大学航空构件成形与连接江西省重点实验室，南昌 330036）
[摘要] 钛合金被誉为21世纪的智慧金属，因其性能优异，在高温、高强度结构和特殊接头的焊接方面发挥着关键
作用，其先进焊接技术作为现今高端装备制造主流技术之一，受到广泛的重视。本文简要介绍了钛合金相关性能及
主要应用领域，并针对激光焊接、电子束焊接和线性摩擦焊接这3种先进焊接技术，开展成形工艺优化、缺陷控制、
组织演变规律以及力学性能分析等内容的综述。
关键词： 钛合金；先进焊接技术；成形工艺；缺陷控制；组织演变规律；力学性能
DOI:10.16080/j.issn1671–833x.2019.18.063
海洋用材。除了工业体系用钛外，钛
合金还是与人体生命和健康密切相
关的特殊功能金属。在医疗领域，人
体植入物大部分是钛合金功能部件。
钛有非常好的“亲生物”性能，物化
性质稳定，与人体组织无排斥反应，
尤其是与人体骨骼相似，不会对生物
机体产生毒副作用，在医疗手术中采
用钛合金制造的人体骨骼、心瓣膜以
及夹板等多种生物金属构件移植到
人体中取得良好的治疗效果，医学界
将其视为生物金属，外科植入物中的
钛合金用量正以每年5%~7%的速
度增长[4]，是非常理想的医用金属材
料。目前，钛合金已被广泛用于航空
航天、船舶工业、化学工业以及医疗
器械等领域，全球各国政府开始认识
到钛合金的重要性，继而不断研究开
发其功用，并得到实际应用。
我国于1956年开始进行钛合金
的研究，20世纪60年代中期开始钛
材的工业化生产并成功研制出TB20
和TB10等型号合金[5]，直到21世
纪初，我国钛合金种类和型号才发展
相对完整。根据国家制造业整体升
级换代的方针，钛合金的需求日益增钛是20世纪中期迅速发展起来
的一种重要结构金属，因其密度低、
26工业技术
钛合金焊接工艺技术研究
陈 阳
（西北机电工程研究所,陕西 咸阳 712099）
摘 要：钛合金具有强度高和密度低的优良特性，因而在现代工业中得到了广泛的应用。其中焊接工艺和质量是影响钛合金应用的重要因素之一。本文首先介绍了钛合金的材料特性，接着对钛合金的材料特点尤其是焊接特性进行了分析，并在此基础上重点介绍了钛合金焊接的技术措施、焊后处理及检测，最后对钛合金焊接的工艺要点进行了总结。关键词：钛合金；焊接；检验DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.18.021
1 概述
钛是继铝、铁、镁之后在地壳中含量最大的金属元素。钛合金的
密度为4.51g/cm3，强度在800-900MPa（高强度钛合金可达到1000MPa
以上）。由于具有强度高和密度低的优良特性，因而在现代工业中得
到了广泛的应用。在钛合金的应用领域中，经常需要采用焊接的方式。
由于钛合金焊接对于焊接工艺和条件要求较高，因此，研究钛合金的
焊接工艺对于其应用具有重要意义。
2 钛合金焊接特性
气孔和脆化是影响钛合金焊接质量的两大主要因素。焊接时随着
温度的升高，钛合金吸收氧气、氢气、氮气的能力也随之明显上升。
氮和氧会对对接头的强度和弯曲塑性影响较大，氢主要影响接头的冲
击韧性。
气孔是钛合金焊接中最容易产生的缺陷，钛合金焊接区容易受到
杂质气体的污染而产生气孔。空气中的N2、O2、H2等都是产生钛合
金焊接气孔的主要原因。气孔的出现会使钛合金焊缝出现应力集中的
问题，并减小受力面积，严重影响焊缝质量。
3 焊接工艺
为使钛合金焊接达到设计要求，需要对焊接每一步骤均严格要求，
提出控制措施。
3.1 焊前准备3.1.1 操作条件及设备
场地清洁、无其他金属粉尘污染，用于钛合金的工具、工装不得
与其他金属混用。
3.1.2 下料
焊接件尤其是薄板件，推荐采用线切割、水切割等方式下料。
3.1.3 清理
由于钛合金焊接质量容易受到杂质的影响。因此，在焊接之前，
