高强度钛合金的加工硬化研究

典型钛合金的组织与性能文献查阅总结

1.α型钛合金

α型钛合金中又分为全α型钛合金和近α型钛合金，工业纯钛属于α型钛合金，此外一般α合金含有6%左右的Al和少量中性元素，退火后几乎全部是α相，典型合金包括TA1~TA7合金等；近α型钛合金中除了含有Al和少量中性元素外，还有少量（不超过4%）的稳定元素，如TA15、TA16、TA17等。

1.1工业纯钛

工业纯钛按杂质元素含量分为TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3、TA3ELI、TA4、TA4ELI9个牌号，相变点大约为900℃。工业纯钛具有高塑性、适当的强度、良好地耐蚀性以及优良的焊接性能等特点，广泛应用于化工设备、滨海发电装置、海水淡化装置、舰船零部件等，其冷热加工性能好，可生产各种规格的板材、棒材、型材、带材、管材和丝材，一般在退火状态下交货使用。典型的工业纯钛显微组织如图1-3所示：

图1 TA1板材650℃/1h退火态组织：等轴α+少量晶间β

图2 TA2大规格棒材600℃/1h退火态组织：等轴α

图3 TA3板材800℃/1h退火态组织：等轴α+含有针状α转变的β

1.1.1 TA1钛管的组织与性能[]

[]庞继明，李明利，李明强等. 退火温度对TA1钛管材组织和性能的影响[J]. 钛工业进展. 2011, 28(2): 26-28

研究方法：TA1铸锭经过2500t水压机开坯锻造和1600t卧式挤压机热挤压，最终获得φ45×7mm的管坯。管坯经两辊和三辊管材冷轧机轧制成φ12×1.25mm的管材。将管材置于真空热处理炉中，分别加热至450，475，490，500，550，600，650，700℃，保温90min，随炉冷却。

a） TA1钛管的显微组织

图1为冷加工态及不同的温度热处理后的TA1管材横向显微组织。可以看出，冷加工态的TA1管材组织混乱且有部分晶粒破碎不完全；700℃下的组织已完全再结晶、等轴化，与650℃的相比晶粒已明显长大。在相同的保温时间里，随着退火温度的提升，再结晶晶粒逐渐粗化。

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:BResearchonTitaniumAlloyMachiningTechnologyLIFuchang,SONGZuming,YANGDianjun(NanjingEngineeringInstituteofAircraftSystems,Nanjing211102,China)Abstract:Titaniumalloymaterialishardtoprocess.Themachiningoftitaniumalloymaterialisquitechallengingduetoitssmallthermalconductivity,lowspecificheatandactivechemicalpropertyfeatures,etc.Thisarticleanalyzesthemanu-facturabilityandtechnicalchallengeswhenmachiningtitaniumalloyrockerarmforsomeaviationproducts,andthensum-marizesthegeneralprinciplesfortitaniumalloymachiningbasedonanalysisandselectionoftool,fixtures,coolant,cuttingparameters,etc.Keywords:Titaniumalloymachining,Machiningchallenges,Machiningmethods

TC4钛合⾦

船、汽车，医药等部门都得到成功的应⽤。

●TC4钛合⾦⼒学性能：

抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应⼒σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断⾯收缩率ψ(%)≥25

●TC4钛合⾦密度:

4.5（g/cm3）⼯作温度-100～550（℃）

●TC4钛合⾦化学成分:

TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5

钛合⾦TC4⾼速铣削表⾯完整性的研究

发表于: 2008-3-14 0:01:13

来源:深圳宝玛 作者:数控机床

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由于钛合⾦具有⽐强度⾼、热强度好、耐腐蚀、资源丰富等⼀系列优点，因此在航空、航天等⼯业部门中的应⽤越来越⼴泛，⽤于制作飞机和发动机中的主要构件。在发动机⽅⾯，⽤于制造压⽓机盘、压⽓机叶⽚、机匣和燃烧室外壳等重要零件；在飞⾏器结构中⽤于制造翼梁、隔框和接头等重要构件。特别在钛合⾦整体框架和⼤型整体壁板制造过程中，加⼯量相当⼤，⽽且许多薄壁部位必须克服结构上的加⼯变形，亟需解决钛合⾦整体框架和⼤型整体壁板的加⼯效率和加⼯质量问题。实践证明，⾼速铣切是⽬前能够⾼效可靠地解决这⼀问题的最经济的加⼯⼿段。因此，有必要研究与钛合⾦⾼速铣削表⾯完整性相关的基础理论。1 材料特性

钛合⾦TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(a+b)型钛合⾦，具有良好的综合⼒学机械性能。

⽐强度⼤。 TC4的强度sb=1,012MPa，密度g=4.4×103，⽐强度sb/g=23.5，⽽合⾦钢的⽐强度sb/g⼩于18。钛合⾦热导率低。钛合⾦的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。

钛合⾦的弹性模量较低。 TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的1/2，故钛合⾦加⼯时容易产⽣变形。2 ⾼速铣削的表⾯完整性

试验条件

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钛合金车削加工刀具和切削用量的研究

作者：游红超 袁芬

来源：《电子世界》2013年第08期

【摘要】刀具材料、刀具的几何角度以及切削用量的选择对于钛合金的车削加工有很大影响。加工钛合金的刀具必须具备较高的热硬度、耐磨性、良好的韧性、较低的化学活性和较高的导热系数。

【关键词】钛合金；刀具材料；强度；耐磨性

1.前言

钛合金是继铁、铝之后的第三金属材料，由于钛合金具有无磁性、抗腐蚀性好、热强度高、质量轻等优点，最初它在美国的航空航天领域的应用中占有很重要的地位。随后世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，广泛应用于工业生产、人民的日常生活中。钛合金在生物医学方面有应用，钛合金在民用领域方面有应用：钛合金在自行车行业、汽车行业及体育行业都有广泛的应用。钛合金制品应用势头发展迅猛的另一行业是汽车业。研发直现今，汽车发动机气门、曲轴、连杆、悬簧、消音器和车体等，都用上了钛或钛合金。

2.钛合金的组织和性能

根据退火处理后钛合金的金相组织分，钛合金可分为α、（α+β）、β钛合金三类（PCBN高速切削钛合金实验研究）。

（1）α钛合金

退火组织为单一α相固溶体的钛合金称为a钛合金。a钛合金主要以添加含有a稳定元素Al和中性元素，基本上不含或仅含少量的β稳定元素。广义上的a钛合金包括平衡状态下含有很少β相的近a钛合金。a钛合金的特点是组织稳定，高温性能好，热稳定性好，是耐热钛合会的基础。但由于其不能承受热处理强化，因此室温下强度不是很高。

（2）β钛合金

从β区淬火后能将高温的β-Ti稳定至室温即得到β钛合金或介β钛合金。广义上的β钛合金包含平衡状态下不含α相的全β钛合金、具有较少α相的介稳定β钛合金以及具有较多α相的近β钛合金。由于β钛合金体的心立方晶格结构，滑移系多，易产生塑性变形，高温组织稳定性差。