700MPa级钛微合金化高强钢热轧工艺研究
700MPa级钛微合金化高强钢热轧工艺研究近年来,我国经济、社会的快速增长带动了汽车和装备制造业的高速发展,微合金高强度钢在汽车、工程机械等领域的使用也越来越广泛,并朝着高强度、高韧性、低成本和轻量化的方向发展,广泛采用控轧控冷的工艺思路生产。之前由于Ti的收得率不易控制,而且含钛钢的性能波动较大,因而对Ti在高强度热轧板带产品中的应用研究较少。
随着真空冶炼技术的发展,Ti的收得率得到很大的提升,同时利用钛微合金化路线生产抗拉强度700MPa级以上的钢种比复合微合金化更具有成本优势,也可获得显著的强化效果。本文通过实验室热模拟试验与工业试制相结合,系统研究了形变诱导析出相TiC的析出行为、等温γ-α相变行为与相变过程中TiC的析出行为、轧制工艺对组织演变以及硬度的影响规律,得出了指导工业生产的热轧工艺参数。
主要的工作和研究结论如下:(1)采用双道次变形法模拟热轧过程中TiC形变诱导析出动力学及其对奥氏体的回复、再结晶过程的影响。结果表明,形变诱导析出相为具有面心立方结构的单一 TiC粒子,在位错线或位错亚结构上析出,析出相在长大阶段服从抛物线长大规律,在粗化阶段的长大速度较慢,同时,发现变形奥氏体的亚晶尺寸远小于初始的奥氏体晶粒尺寸。
(2)通过热模拟实验,研究钛微合金化钢在不同温度下的等温相变动力学,以及TiC在等温γ-α相变过程和卷取过程中的析出行为。结果表明,钛微合金化钢在冷却过程中会发生γ-α相变现象,在等温γ-α相变和卷取过程中,TiC分别会发生相间析出和在铁素体中过饱和析出,其析出强化作用可显著提高试验钢的强度。
(3)通过实验室控制轧制和控制冷却实验,研究控轧控冷工艺参数(加热温度、终轧温度、冷却速度、卷取温度等)对钛微合金化高强钢组织演变及硬度的影响,并提出最佳工业试制方案。结果表明,加热温度的降低会抑制奥氏体组织粗化,
为保证微合金元素钛的固溶量,工业生产时加热温度应选择在1230～1260℃。
终轧温度的降低会升高铁素体的形核率,抑制变形过程中析出相的析出和长大,终轧温度应选择在870～900℃。冷却速度的升高可细化铁素体晶粒,得到准
多边形铁素体或针状铁素体组织,冷却速度应选择在15～30℃/s之间。
卷曲温度的升高会提高试验钢的强度,为保证Ti(C,N)在铁素体中充分发挥
析出强化作用,卷取温度应选择为620±20℃。(4)通过实际的工业生产试制,并
系统检验实验钢的显微组织和力学性能。
结果表明,700MPa级钛微合金化热轧高强钢的显微组织为铁素体+少量珠光体,其屈服强度大于650MPa,抗拉强度大于700MPa。得出本工作条件下最佳热轧工艺参数为:加热温度:1230～1260℃,终轧温度:885±20℃,冷却速度:15～30℃/s,卷取温度:620±20℃。
钛微合金化CM690三级船用锚链钢的开发
钛微合金化CM690三级船用锚链钢的开发* 刘丽霞1，孔凡杰2，王世俊1，周云1，彭军3 （1 安徽工业大学冶金与资源学院，安徽马鞍山 243002； 2 南京钢铁联合有限公司，江苏南京 210035； 3 北京科技大学冶金与生态学院，北京 100083） 摘要：为提高三级锚链钢的各项机械性能，改善钢的质量，将钛微合金化技术应用于CM690三级船用锚链钢的生产试验中。结果表明，在钛含量为0.020%～0.030%时，所生产的CM690三级船用锚链钢各项机械性能指标不仅达到了国家标准要求，而且其抗拉强度远高于国家标准要求。提高了钢的质量，同时开发出钛微合金化CM690三级船用锚链钢新钢种。 关键词：CM690；锚链钢；钛；微合金化；机械性能 中图分类号：TG142；TG335.6+2 文献标识码：A 文章编号：1004-4620（2007）06-0026-03 Development of Ti Microalloyed CM690 Grade Three Anchor Chain Steel for Ship LIU Li-xia1, KONG Fan-jie2, WANG Shi-jun1, ZHOU Yun1, PENG Jun3 （1 School of Metallurgy and Resource, Anhui University of Technology, Maanshan 243002, China; 2 Nanjing Iron and Steel Unite Co., Ltd., Nanjing 210035, China; 3 Metallurgy and Ecology School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China） Abstract: In order to increase the mechanical properties of grade three anchor chain steel for ship and to improve the quality of steel, the technology of Ti micro-alloying was applied in producing grade three anchor chain steel. The industrial practice shown that all mechanical properties of produced anchor chain steel, especially the tensile strength, meet the requirement of national standards when the content of Ti is between 0.020%～0.030%. So producing high quality new type Ti micro-alloying
钛合金特性及加工办法
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
钛合金加工工艺技术研究
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
钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍
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6mm。 c.切削加工情况：有YG8铣平面，刀具切削轻松，在进刀与工件接触时 以及刀具将工件切透时有振动，中间切削过程平稳，使用磨削液。 留0.5mm 余量进行精铣，可获得R a1.6的表面粗糙度。 2.加工十字形状 a.刀具选择：选用硬质合金立铣刀，刀具材料为Y330。铣刀外径?40。 b.切削参数选择：主轴转速235r/min。 c.切削加工情况：用Y330加工十字形状，手动横向进给，刀具切削轻 松，切削时加磨削液充分冷却。精铣时铣刀底刃修磨R2，后角为1 0°～12°，并用碳化硅油石修磨使切削刃光滑，工件能得到R a1.6 的表面粗糙度。此时后角的选择，尤其是刀具圆弧面后角的选择至 关重要，过大，会在铣削过程中产生振动，容易崩刃，使切削刃产 生锯口，加剧磨损：过小，会造成排屑、断屑困难，切屑还会粘刀， 后刀面与工件磨擦现象严重，刀具磨损加快。因此正确地修磨后角， 可以提高刀具的使用寿命。 3.车削工件内外圆弧表面 刀具材料、几何参数及切削用量的选择如下： a.刀具材料为YG8，45°偏刀断续切削，使用磨削液让切削刃冷却。用工装夹 持工件，每组加工8件，粗车切削用量V=25～38m/min，f=0.3～0.5mm/r， ap=3～5mm.如加工中间内孔，在连续切削的条件下精车，切削用量V=50～7 5m/min，f=0.1～0.2mm/r，ap=0.25～0.8mm。 前角γ=8°～12°能保证刀具强度。 .磨出0.05～0.1mm的负倒棱，增强切削刃强度。 .后角a=15°～20°，以减少后刀面与工件的摩擦，提高刀具寿命。 .粗车时，刃倾角λ=-3°～-5°，精车时刃倾角λ=-3°～0°。 .粗车时，刀尖圆弧半径r0=0.5mm，精车时r0=1～2mm，以增强刀尖强度。 .切削加工情况：通过以上参数选择，工件可获得R a1.6的表面粗糙度，并能有效地提高刀具寿命，主切削刃在刃磨后用碳化硅油石研磨出倒棱，可消除刃磨产生的锯口，提高抗磨损能力，并增强主切削刃强度。 .加工零件两边U形弧槽 图1所示U槽深约24mm，宽18mm，圆弧为28，弧形槽弦长61mm，为半盲槽，加工 后底部弧面及两侧面壁厚为4mm。由于是半盲槽，刀具进入切槽后，铣削阻力增大， 排屑不畅，刀具与切屑挤压现象严重，切削过程中有振动，刀具易崩刃，如继续切 削，刀具将在颈部处折断。加工后的零件表面凹凸不平，表面粗糙度达不到要求。 在选用刀具上，原选用硬质合金立铣刀加工，由于铣削产生的振动使铣刀崩刃，刀 具寿命较短。后改用超硬铝高速钢铣刀(刀具牌号W6Mo5Cr4V2Al)切槽，取得了较满 意的效果。其加工步骤如下： a.先将铣刀底部磨出圆角R2，后角值取8°～12°，并用油石修光。如果刀具
钛合金切削加工知识
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
微合金化的元素作用
在普通碳钢通常依靠加入碳来提高强度，这样就造成了提高碳含量的同时必然降低钢的塑性和韧性。使普碳钢不能满足强度与韧性的更好组合，由此人们开始研究不增加碳含量，加入其它元素来提高强度，也就是保持低碳钢的韧性前提下，利用微合金化提高强度。此类钢的综合力学性能比低碳结构钢有很大的改善，而与普通合金钢相比，其添加的合金元素又如此之少，按重量百分比，再继之以控制冷却，才能使钢的性能更佳，此类钢使用之前一般不再进行热处理。微合金化元素在钢中的作用主要是细化晶粒，阻碍再结晶进行以及析出强化。 1Nb的作用 在超低碳贝氏体钢（ULCB）的整个发展过程中，微量Nb起着独特的作用。这类钢中C含量已经降到0.05%，又不加入较多合金元素，因此强化主要靠位错强化，析出强化特别是组织强化。近年来的研究表明，微量Nb在超低碳贝氏体钢（ULCB）中的作用，主要体现在以下两个方面。 1）微量Nb抑制变形再结晶行为，加剧变形奥氏体中的应变积累，大幅度提高相变前组织中的位错密度。超低碳贝氏体钢（ULCB）的优良综合性能主要来自钢的组织细化以及贝氏体中的高位错密度，再实现这一目标，首先需要在控轧过程中，在非再结晶区轧制时引入大量高密度畸变区，这些高密度畸变区在随后的冷却过程中成为相变核心，大幅度促进相变组织细化。同时，要在发生切变形型贝氏体相变过程中，能把相当一部分变形位错保留在贝氏体基体中，从而大幅度提高贝氏体基体强度。为了达到这一点，要求钢种有相当高的热轧再结晶
终止温度以及抑制冷却时扩散型铁素体转变的能力，合金成分设计充分考虑了Nb及Nb—B这方面的作用。 2）微量Nb与B、Cu的复合作用加快了诱导析出，稳定变形位错结构。微量Nb加入贝氏体钢中的第二个作用是，这类钢高温非再结晶轧制阶段会应变诱导形成极细的Nb（C、N）析出物。这些析出物主要析出在变形晶界及变形位错网上，它们阻碍了位错的恢复以及消失的过程，稳定了位错结构，为随后冷却过程相变形核提供更多机会，同时组织新相的长大，最终细化组织。实验研究表明当Nb和B、Cu综合加入时，它们的综合作用会进一步促进析出过程加速，并且进一步降低冷却时的相变温度，使最终组织进一步细化。 2Cu的作用 对含Cu的超低碳硼钢研究发现，Cu能显著地降低B钢的γ→α 转变温度，当采用炉冷时的转变温度降低160℃，即使用最快的冷速，仍可使转变温度降低40℃，实验发现，Cu在单独作用时，对γ→α转变只有中等程度的影响，转变温度降低的数值正比于Cu的含量，大约1%的Cu使转变温度降低11℃，但是在Cu—B系的低碳B钢中Cu和B 的复合作用是很显然的，实际上，它们的复合作用比（Mo+B）的复合作用还强的多。Cu作为合金元素加入到钢中除了对相变点发生影响外，主要是依靠铜钢的时效硬化作用来得到好的综合性能。例如钢中添加了大量的Cu时，依靠Cu的时效硬化，在对韧塑性没有明显损害的条件下，得到高强度。各国的铜钢的Cu含量不同，例如我国常常采用范围在0.08—0.80%，而美国加入的Cu量很高，可达2.0%左右。
钛合金加工工艺技术研究_李富长
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
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。
钛合金加工性能
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
微合金钢
微合金钢 微合金化是一个笼统的概念，通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的Nb、V、Ti 等碳氮物形成元素，或对力学性能有影响、或对耐蚀性、耐热性起有利作用、添加量随微合金化的钢类及品种的不同而异，相对于主加合金元素是微量范围的，如非调质结构钢中一般加入量在0.02—0.06%，在耐热钢和不锈钢中加入量在0.5%左右，而在高温合金中加入量高达1—3%。 微合金化钢的基本属性：(1)添加的碳氮化物形成元素，在钢的加热和冷却过程中通过溶解一析出行为对钢的力学性能发挥作用。 (2)这些元素加进量很少，钢的强化机制主要是细晶强化和沉淀强化。 (3)钢的控轧控冷工艺对微合金化钢有重要意义，也是微合金化钢叫作新型低合金高强度钢的依据。钢的微合金化和控轧控冷技术相辅相承，是微合金化钢设计和生产的重要条件。 因此说，微合金化钢是指化学成分规范上明确列进需加进一种或几种碳氮化物形成元素的钢。如GB/T 1591—94中Q295一Q460的钢，对其中Nb、V、Ti的含量通常有以下规定： (1)Nb，0.015％～0.06％； (2)V，0.02％～0.15％(0.20％)； (3)Ti，0.02％～0.20％。 同时规定Nb+V+Ti≤0.15％。微合金化的高强度低合金钢。 它是在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的钢，合金元素的添加量不多于0.20％。添加微量合金元素后，使钢的一种或几种性能得到明显的变化。 典型的微合金钢有15MnVN和06MnNb。微合金钢中含有一种或几种微合金元素，其含量大约在0.01％～0.20％之间。 微合金钢由于屈服强度高、韧性好、焊接性和耐大气腐蚀性好，可用于大型桥梁建筑，制造各类车辆的冲压构件、安全构件、抗疲劳零件及焊接件，它也是锅炉、高压容器、输油和输气管线，以及工业和民用建筑的理想材料。 关于微合金钢中Nb的析出对变形诱导铁素体相变的影响有两种不同观点:一是认为在变形过程Nb通过动态析出消耗形变储能而抑制变形诱导铁素体相变; 微合金钢就是这些“高技术钢材”中用量最大的一种。 处理办法：微处理可有效地提高16Mn原规格钢板、20MnSi大规格螺纹钢筋的屈服强度约10—20Mpa，改善A、B级一般强度板和X42—X46级管线钢的低温韧性，还可使16Mnq、15MnVNq 桥梁钢板的时效敏感比降低或消除。据不完全统计，1998年我国微合金化钢的产量为346万吨，占年全低合金高强度钢总产量55.1%。微处理钢（主要是Nb处理和Ti处理，还包括稀土处理钢在内）产量大致也在300万吨左右。 近20年来，世界钢铁工业最富活力和创造性进展，莫过于低合金高强度钢生产装备和工艺技术前所未有的变革，几乎使低合金高强度钢的所有品种领域更新了一代，甚至两代。微合金化钢属于低合金高强度钢范畴，或者说是新型的低合金高强度钢。 我国80年代以来的钢材生产及近年的钢材品种结构调整同样表明了： ①低合金高强度钢的新发展，借助了钢铁生产工艺技术的一切进步和最新成就。 ②低合金高强度钢的产量大，使用面广，适应了方方面面特殊性能要求，支持了各行各业产品的升级，增加了我国的机电产品和成套装备生产的竞争力。 ③微合金化带动了我国富有合金资源的生产和综合利用，微合金化钢生产促进了钢铁企业结构调整和流程优化。 所以，形成了一个崭新的观点，发展微合金化钢就是抓住了基础原材料工业发展的关键，通
微合金元素在钢中作用
微合金元素在钢中溶解析出及影响因素？ 在奥氏体中，氮化物通常比碳化物更加稳定。微合金化元素不同，其碳化物和氮化物的溶解度绝对值有很大差异：V、Ti的碳化物与氮化物的溶解度差值较大，而Nb的碳化物与氮化物的溶解度比较接近，尽管NbN的溶解度仍然低于NbC的溶解度。ALN的溶解度与NbN 接近，说明其溶解度比VC还要大。多数微合金碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度比较接近，虽然多数微合金元素的碳化物或氮化物在钢水中的溶解度还不确定，数据显示，TiN在钢水中的溶解度要比在同温度奥氏体中高10～100倍；因此TiN在1600℃钢水中的溶解度与其它微合金化元素在1200℃奥氏体中的溶解度接近。热力学计算表明，Nb的碳化物和氮化物在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。实验和热力学计算均证实，VC在铁素体中的溶解度要比同温度的奥氏体中的溶解度低1个数量级。 碳化物和氮化物的溶解度差导致碳氮化物中富集低溶解度化合物（氮化物）。在通常的复合微合金化钢中，碳化物和氮化物的溶解度差按铌、钒、钛的次序增大。合金碳氮化物中富集的氮化物的分数比例按钛、钒、铌的次序递减。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例取决于钢中C和N的含量，在大多数钢中，远高于氮含量的碳含量在一定程度上抵销了碳化物和氮化物在溶解度上的差异。合金碳氮化物中碳化物和氮化物的分数比例还受合金元素含量的影响，合金元素含量升高降低氮化物的分数比例，尤其是在合金元素含量超过氮在钢中化学计量比的情况下。提高温度会增加氮化物的分数比例。钢中未溶解合金碳氮化物的数量高于从不互相溶解的析出模型所预期的值，更为重要的是，合金碳氮化物能够在独立碳化物或氮化物的溶解度曲线以上温度存在。 1、应变诱导析出：未变形材料中除了在晶界和相界上形核外，沉淀相在晶粒内主要是以均匀形核机制生成；而在变形材料中，沉淀相主要在位错和各种晶体缺陷上非均匀形核。由于在位错上形核的激活能低，因此形核率很高，可得到很高的沉淀相粒子密度和很小的沉淀相尺寸。变形使析出过程的孕育时间大大缩短。 2、钢的成分偏聚：由于钢液在凝固过程中发生溶质元素的偏聚，在枝晶间隙区的浓度要明显高于钢的平均含量，即使经过高温的固溶处理，在微米尺度上溶质元素在钢中仍然是不均匀分布的 3、Ostwald 熟化：Ostwald熟化过程在析出相体积分数不变的条件下，通过颗粒的粗化使基体和析出相的界面能明显降低。在熟化过程中，第二相颗粒被一定厚度的基体所分离，为了确保相互分离的大颗粒长大而小颗粒缩小乃至消失以降低系统的总界面能，颗粒通过基体一定存在一种非接触式的感知。 微合金元素在钢对钢中组织元素及相转变的影响？ 当钒单独加入时，并不抑制铁素体的形成；相反，它加速珠光体的形成。然而，当钒和铌同时存在时，易于形成贝氏体组织，而钒在贝氏体内沉淀析出。正是这种钒与铌的差别，导致了在热轧交货的小型材中多倾向于加钒。这些轧态小型材冷却快，如果有铌存在的话，则形成导致脆性的贝氏体组织，而含钒钢中则不会形成这种脆性组织。钒能促进珠光体的形成，还能细化铁素体板条，因此钒能用来增加重轨的强度和汽车用锻件的强度。碳化钒也能在珠光体的铁素体板条内析出沉淀，从而进一步提高了材料的硬度和强度。钒像大多数溶质合金一样能抑制贝氏体的形成。因此，如果它是溶解而不是以碳化钒和氮化钒的形式沉淀析出，则可用来增加淬透性。当钢中钒的质量分数低于0.03%时，固溶态的钒才可以占绝大多数，才能有效地提高淬透性。与锰提高铌、钒的溶解度一样，钼也提高它们在钢中的溶解度。而添加了元素钼后，可固溶的钒含量明显增加，可达0.06%左右。 微合金对钢铁强度韧性热塑性的影响及强韧化机理？ 钒通过在铁素体中的沉淀析出，来增加钢的强度，它可使钢的强度增加150MPa以上。碳氮化物在轧制过程和轧制以后形成，而且在正火过程中，当钢被加热时，它们将溶解，并
钛合金3-钛合金加工工艺分析
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.360docs.net/doc/fd4103490.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。