钛合金特性及加工方法
钛合金的熔炼与制备

钛合金的熔炼与制备钛合金是一种具有高强度、低密度、优异的抗腐蚀性能和良好的高温强度的先进材料。
它广泛应用于航空、航天、化工、汽车和医疗等领域。
钛合金的熔炼与制备是其获得优异性能的关键。
本文将介绍该过程的基本情况以及其发展趋势。
一、钛合金的熔炼钛合金通常使用熔模铸造、真空电弧熔炼和粉末冶金等方式进行制备。
其中熔模铸造和真空电弧熔炼是最常用的方法。
下面将对这两种方法进行详细介绍。
1、熔模铸造熔模铸造又称熔模法或精密铸造法,是指钛合金加入铸造模中,利用热力学原理使金属熔融并凝固成型的一种工艺。
该方法适用于生产中小型、复杂、精密钛合金铸件。
使用熔模铸造方法加工的钛合金件具有较高的成形精度和良好的表面质量,而且可以制造出形状和重量特殊的零部件。
但是,这种方法的缺点是成本高、制造周期长并且机械性能较差。
2、真空电弧熔炼真空电弧熔炼是指采用电弧在真空或惰性气氛下将钛合金熔化,然后将熔融合金浇注成型。
真空电弧熔炼的工艺流程与普通的真空熔炼方法相似。
在制备钛合金材料时,真空电弧熔炼是最常用的方法之一。
它可以用来制备各种不同种类的钛合金材料,提供多种材质选择,有一定的成本优势和高效性。
然而,使用这种方法制备的钛合金材料容易出现完全凝固并且内部不均的现象,影响其机械性能和成型质量。
二、钛合金的制备粉末冶金是目前制备钛合金的主要技术之一。
粉末冶金是一种通过混合、成型和烧结等多个工序制备金属或合金件的方法。
它利用粉末状的钛合金材料制备成型零件。
粉末冶金制备钛合金零件的过程主要包含以下几个步骤:粉末钛合金的混合、制备成型件、烧结、热处理以及表面处理。
该方法有很多优点,例如可以制造出形状复杂、成分一致、精度高的零件。
此外,其还具有成本低、资源利用率高、环境友好等优势。
不过,这种方法的缺点是进行成型需要较高的成型压力,以及制造过程中可能会产生残余应力、孔隙和裂纹等缺陷,从而影响材料的结构和性能。
三、结论钛合金的熔炼和制备是生产高品质钛合金制品的关键。
钛合金零件机械加工工艺

钛合金零件机械加工工艺本文档将介绍钛合金零件的机械加工工艺,以帮助读者了解如何有效地进行钛合金零件的加工过程。
1. 钛合金概述钛合金是一种轻质但强度高、耐腐蚀性好的金属材料,常用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
钛合金具有良好的机械性能和热特性,但其机械加工相对困难,需要采用适当的工艺来实现加工目标。
2. 钛合金零件机械加工过程钛合金零件的机械加工主要包括以下几个步骤:2.1 设计和材料准备在进行钛合金零件的机械加工之前,首先需要进行设计和材料准备。
设计阶段需要考虑零件的结构和功能要求,并制定相应的加工方案。
材料准备则包括采购适当规格的钛合金材料,并进行表面处理以去除氧化层等。
2.2 切削加工钛合金零件的切削加工是最常用的机械加工方法之一。
切削加工可以通过车削、铣削、钻削等工艺来实现。
在进行切削加工时,需要选择适当的切削工具和切削参数,以确保加工质量和效率。
2.3 磨削加工钛合金零件的磨削加工一般用于提高零件的精度和表面质量。
常用的磨削加工方法包括平面磨削、外圆磨削、内孔磨削等。
在进行磨削加工时,需要选择适当的砂轮和加工参数,以实现所需的加工效果。
2.4 钻孔和攻丝钻孔和攻丝是钛合金零件常见的加工操作之一。
在进行钻孔时,需要选择适当的钻孔工具和冷却液,以确保钻孔质量和效率。
攻丝时则需要选择适当的攻丝工具和攻丝参数,以保证精度和牢固度。
2.5 表面处理钛合金零件在机械加工完成后,常需要进行表面处理以提高其耐腐蚀性和美观度。
常用的表面处理方法包括电镀、阳极氧化、喷涂涂层等。
2.6 检测和质量控制钛合金零件机械加工完成后,需要进行检测和质量控制,以确保零件符合设计要求和标准。
常用的检测方法包括尺寸测量、外观检查、金相显微镜观察等。
3. 安全注意事项在进行钛合金零件的机械加工时,需要注意以下安全事项:- 确保操作人员具备相关的机械加工知识和技能;- 使用适当的个人防护装备,如手套、护目镜等;- 操作机床和工具时,要遵循操作规程和安全操作规范;- 避免产生过多的粉尘、废料和切屑,及时清理工作区域;- 定期检查和维护机床和工具的状态,以确保其正常运行和安全性。
钛合金材料的加工制备工艺

钛合金材料的加工制备工艺随着科技的飞速发展,钛合金材料的应用范围越来越广泛。
从航空航天、船舶制造到医疗器械、汽车零部件,钛合金材料都有着广泛的应用。
然而,钛合金材料的加工与制备一直是一个难点,因为钛合金材料自身特性,一旦加工不当,容易导致材料破损,加工难度不小。
本文将从钛合金材料的特性、加工方法以及制备工艺等方面阐述钛合金材料的加工制备工艺。
一、钛合金材料的特性钛合金材料是一种轻量化高强度材料。
相比较于传统的钢材,钛合金材料的密度只有钢材的一半左右,而其强度却可以达到钢材的两倍以上。
因此,钛合金材料被广泛应用于航空航天、医疗器械以及汽车零部件等领域。
钛合金材料具有优异的耐腐蚀性,热膨胀系数小,抗疲劳强度高以及良好的生物相容性,这些特性使得钛合金材料成为各个领域中不可或缺的出色材料。
然而,由于钛合金材料的稳定化能力较差,其在高温高压下会出现氧化失稳的问题,导致加工困难。
另外,钛合金材料不耐磨、不耐热以及易于形变等特性也给其加工制备带来了一定的挑战。
二、钛合金材料的加工方法钛合金材料的加工方法主要包括热加工和冷加工两种方法。
热加工指的是在高温下对钛合金材料进行加工,通常采用的方法是锻造和粉末冶金。
锻造通过热加工的方式使得钛合金材料的组织变得致密,同时提高其塑性和韧性。
锻造方法可以分为等温锻造、非等温锻造以及等离子锻造等。
而粉末冶金的方法则是将钛合金材料的粉末加热后在高压下进行压制。
这种方法可以有效地保持钛合金材料的组织结构,同时还可以大大提高其抗腐蚀性和力学性能。
冷加工指的是在常温下对钛合金材料进行加工,通常采用的方法有剪切、压缩、拉伸等。
这种加工方法对钛合金材料的性质影响比较小,但是制备难度相对较大,需要借助一定的加工设备和工艺进行实现。
三、钛合金材料的制备工艺钛合金材料的制备工艺主要分为粉末冶金、铸造、化学气相沉积和喷雾沉积等几种方法。
粉末冶金是一种将钛合金材料的粉末进行混合后加热压制的方法。
这种方法可以制备出具有良好力学性能和抗腐蚀性能的钛合金材料。
钛合金板材的矫形工艺

钛合金板材的矫形工艺1. 引言钛合金是一种高强度、低密度的金属材料,具有良好的耐腐蚀性能和优异的机械性能。
由于其广泛应用于航空、航天、医疗等领域,对钛合金板材进行形状修正(矫形)工艺的研究变得非常重要。
本文将介绍钛合金板材的矫形工艺及其相关技术。
2. 钛合金板材的特性钛合金具有以下特性:•高强度:钛合金具有优异的强度和刚度,可以满足各种应力条件下的使用要求。
•低密度:钛合金比重轻,具有较低的密度,可以减轻结构负荷。
•耐腐蚀性:钛合金具有优异的耐腐蚀性能,在高温、酸碱等恶劣环境中表现出色。
•良好的可塑性:钛合金易于加工成各种形式,适用于多种制造工艺。
3. 钛合金板材矫形工艺的分类钛合金板材的矫形工艺可以分为以下几种类型:3.1. 冷弯矫形冷弯矫形是指在常温下对钛合金板材进行弯曲或折叠的工艺。
主要包括以下几种方法:•手工冷弯:通过手工操作将钛合金板材按照设计要求进行弯曲或折叠。
•机械冷弯:利用机械设备(如液压机、卷板机等)对钛合金板材进行弯曲或折叠。
3.2. 热弯矫形热弯矫形是指通过加热钛合金板材,在一定温度范围内进行弯曲或折叠的工艺。
主要包括以下几种方法:•火焰加热:利用火焰喷枪对钛合金板材进行局部加热,然后通过机械设备对其进行弯曲或折叠。
•感应加热:利用感应加热设备对钛合金板材进行整体或局部加热,然后通过机械设备对其进行弯曲或折叠。
3.3. 液压矫形液压矫形是指利用液压力对钛合金板材进行形状修正的工艺。
主要包括以下几种方法:•液压成型:通过液压机对钛合金板材进行成型,可以实现复杂曲面的加工。
•液压拉伸:通过液压拉伸设备对钛合金板材进行拉伸,改变其形状。
4. 钛合金板材矫形工艺的影响因素钛合金板材的矫形工艺受到多种因素的影响,包括:•板材性能:不同牌号、不同状态的钛合金板材具有不同的力学性能和可塑性,需要根据具体情况选择适当的矫形工艺。
•板材尺寸:板材的长度、宽度和厚度会影响到矫形工艺的选择和操作方式。
钛合金特性和加工

合金元素钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。
钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛,882℃以上为体心立方的β钛。
合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。
其中铝是钛合金主要合金元素,它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。
②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素,又可分同晶型和共析型二种。
前者有钼、铌、钒等;后者有铬、锰、铜、铁、硅等。
③对相变温度影响不大的元素为中性元素,有锆、锡等。
氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。
氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。
通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15~0.2%和0.04~0.05%以下。
氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物,使合金变脆。
通常钛合金中氢含量控制在 0.015%以下。
氢在钛中的溶解是可逆的,可以用真空退火除去。
[编辑本段]钛合金的分类钛是同素异构体,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(itanium alloys)。
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。
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。
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。
钛冲压件工艺

钛冲压件工艺1. 引言钛冲压件工艺是一种利用冲压技术对钛合金材料进行加工的方法。
钛合金具有优异的机械性能和化学性能,广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
而冲压技术是一种高效、精确的加工方法,可以大幅降低生产成本,提高生产效率。
钛冲压件工艺具有重要的实际意义和应用前景。
2. 钛合金材料2.1 钛合金的特性钛合金是由钛和其他元素(如铝、铁、镁等)组成的合金材料。
它具有以下特性:•高强度:钛合金具有较高的强度与比弹性模量。
•轻质:钛合金的密度较低,约为4.5g/cm³,约为钢的一半。
•耐腐蚀:钛合金具有优异的耐腐蚀性能,在酸、碱等恶劣环境中表现出色。
•耐高温:钛合金可以在高温下保持较好的力学性能。
•生物相容性:钛合金对人体组织具有良好的相容性,常用于医疗器械制造。
2.2 钛合金的分类根据合金元素的不同,钛合金可分为α型、β型和α+β型三类。
其中,α型钛合金具有良好的可塑性和韧性,适用于冲压加工。
3. 钛冲压件工艺流程钛冲压件工艺主要包括以下几个步骤:3.1 材料准备首先需要准备好钛合金板材。
通常情况下,钛合金板材会经过热处理、切割、抛光等工艺步骤,以得到符合要求的板材。
3.2 模具设计与制造根据产品的形状和尺寸要求,设计并制造相应的冲压模具。
模具需考虑到材料特性和加工工艺要求,保证产品质量。
3.3 冲压加工将准备好的钛合金板材放入冲床中,并使用冲头对其进行冲压加工。
通过模具的作用,使得钛合金板材按照设计要求形成所需形状。
3.4 补强工艺钛合金具有较弱的塑性,冲压过程中容易出现残余应力和变形。
为了提高产品的强度和稳定性,需要进行补强工艺。
常见的补强工艺包括回火、热处理、表面处理等。
3.5 检测与质量控制对冲压件进行检测,包括尺寸测量、外观检查、力学性能测试等。
通过严格的质量控制,确保产品达到设计要求和客户需求。
4. 钛冲压件的应用钛冲压件广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
以下是一些常见的应用领域:4.1 航空航天领域钛合金冲压件在航空航天领域中具有重要地位。
钛合金加工注意事项

钛合金加工注意事项一、材料选择钛合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性,但在加工过程中容易发生变形、断裂等问题。
因此,在选择钛合金材料时,需要考虑其强度、塑性和耐腐蚀性等特性,以满足加工要求。
二、加工方法1. 切削加工:钛合金的切削加工难度较大,容易产生高温、切削力大等问题。
因此,在进行切削加工时,应选择合适的切削工具,适当降低切削速度和进给速度,以减少切削热量的积累,避免刀具磨损过快。
2. 锻造加工:钛合金的锻造加工是常用的一种方法,可以提高其力学性能和塑性。
在进行锻造加工时,应控制加热温度和保持时间,确保钛合金的完整性和均匀性。
3. 焊接加工:钛合金的焊接加工需要注意防止氧化和污染,可以采用惰性气体保护焊或真空焊接等方法,以保证焊缝质量。
三、工艺参数1. 温度控制:钛合金的加工温度对于材料的力学性能和耐腐蚀性有着重要影响。
因此,在加工过程中应控制好加热和冷却速度,避免过高或过低的温度对材料造成负面影响。
2. 加工速度:钛合金的加工速度应根据具体工艺要求进行调整,过高的加工速度可能导致材料变形或破裂,过低的加工速度则会降低生产效率。
3. 切削参数:在切削加工中,切削速度、进给速度和切削深度等参数的选择需要根据具体材料和切削工具来确定,以保证加工质量和工具寿命。
四、安全措施钛合金加工过程中产生的副产物(如钛屑等)具有易燃易爆的特性,因此需要采取一系列安全措施,以避免安全事故的发生。
包括:1. 加工场所应具备良好的通风设施,排除烟尘和有害气体。
2. 操作人员应佩戴防护设备,如防护眼镜、防护手套和防护服等。
3. 加工设备和工具应定期检查和维护,确保其正常运行。
4. 废弃物和废液应妥善处理,避免对环境造成污染。
钛合金加工过程中需要注意材料选择、加工方法、工艺参数和安全措施等方面的问题。
只有在合理选择材料、科学控制加工过程,并采取必要的安全措施,才能确保钛合金加工的质量和安全性。
钛合金切削加工特点

钛合金切削加工特点
钛合金是一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料,广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。
然而,由于其高硬度、高热导率和难以切削的特性,钛合金的加工难度较大,需要采用特殊的切削工艺和工具。
钛合金切削加工的特点主要有以下几点:
1. 高硬度:钛合金的硬度比一般的金属材料高,因此需要采用高硬度的刀具和切削参数,才能够有效地切削。
2. 高热导率:钛合金的热导率比较高,容易导致切削过程中产生高温,从而影响切削质量和刀具寿命。
3. 难以切削:钛合金的切削性能较差,容易产生切削力过大、切削表面粗糙等问题,需要采用特殊的切削工艺和工具来解决。
为了克服钛合金切削加工的难度,现代加工技术采用了许多创新的方法和工具。
例如,采用高速切削技术可以有效地降低切削温度和切削力,提高切削效率和加工精度;采用液氮冷却技术可以降低切削温度,减少切削表面粗糙度;采用超硬合金刀具可以提高切削效率和刀具寿命等。
钛合金切削加工具有一定的难度,需要采用特殊的切削工艺和工具来解决。
随着现代加工技术的不断发展,相信钛合金切削加工的难
度将会逐渐降低,为钛合金的应用提供更加广阔的空间。
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钛合金特性及加工方法文稿归稿存档编号:[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-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。
我公司某新型发动机所用材料为TA,TC两种。
一般铸、锻件采用TA系列,棒料用TC系列。
特点及切削加工性钛合金相对一般合金钢具有以下优点:比强变高:钛合金密度只有4.5g/cm3,比铁小得多,而其强度与普通碳钢相近。
机械性能好:钛合金熔点为1660℃,比铁高,具有较高的热强度,可在550℃以下工作,同时在低温下通常显示出较好的韧性。
抗蚀性好:在550℃以下钛合金表面易形成致密的氧化膜,故不容易被进一步氧化,对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀能力。
另一方面,钛合金的切削加工性比较差。
主要原因为:导热性差,致使切削温度很高,降低了刀具耐用度。
600℃以上温度时,表面形成氧化硬层,对刀具有强烈的磨损作用。
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。
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工变得十分困难,导致加工效率低,刀具消耗大。
切削加工的普遍原则根据钛合金的性质和切削过程中的特点,加工时应考虑以下几个方面:尽可能使用硬质合金刀具,如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。
低速下断续切削时可选用耐冲击的超细晶粒硬质合金,成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢。
采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度,减小工件与后刀面的摩擦,刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度,避免尖角烧损和崩刃。
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° 车刀后角ao° 刀尖圆弧半径remm 切削速度vm/min 切削深度apmm 进给量fmm/r粗车 5 6~10 1~2 40 3 0.2~0.3精车 5 6~10 0.5 60 0.2~0.5 0.1此外还须注意以下3点:充分冷却。
车外圆时刀尖不能高于工件中心,否则容易扎刀。
精车及车削薄壁件时,刀具主偏角要大,一般为75~90°。
铣削钛合金铣削比车削困难,因为铣削是断续切削,并且切屑易与刀刃发生粘结,当粘屑的刀齿再次切入工件时,粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料,形成崩刃,极大地降低了刀具的耐用度。
因此对钛合金铣削采取了3点措施:铣削方式:一般采用顺铣。
刀具材料:高速钢M42。
从工件装夹及设备方面提高工艺系统刚性。
这里需要特别指出的是:一般合金钢的加工均不采用顺铣,因机床丝杠、螺母间隙的影响,顺铣时,铣刀作用在工件上,在进给方向上的分力与进给方向相同,易使工件台产生间隙性窜动,造成打刀。
对顺铣而言,刀齿一开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。
但由于逆铣切屑是由薄到厚,在最初切入时刀具易与工件发生干摩擦,加重刀具的粘屑和崩刃,就钛合金而言,后一矛盾显得更为突出。
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着下降,扩散和化学反应的结果,使工件被磨表面烧伤,导致零件疲劳强度降低,这在磨削钛合金铸件时更为明显。
为解决这一问题,采取的措施是:选用合适的砂轮材料:绿碳化硅TL。
稍低的砂轮硬度:ZR1。
较粗的砂轮粒度:60。
稍低的砂轮速度:10~20m/s。
稍小的进给量。
用乳化液充分冷却。
钻削钛合金钻削比较困难,常在加工过程中出现烧刀和断钻现象。
这主要是由于钻头刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等几方面原因造成的。
因此,在钛合金钻削加工中须注意以下几点:刀具材料:高速钢M42,B201或硬质合金。
合理的钻头刃磨:加大顶角、减少外缘前角、增大外缘后角,倒锥加至标准钻头的2~3倍。
勤退刀并及时清除切屑,注意切屑的形状和颜色。
如钻削过程中切屑出现羽状或颜色变化时,表明钻头已钝,应及时换刀刃磨。
加足切削液:一般用豆油,必要时可加法国OLTIP钻孔攻丝专用油。
提高工艺系统刚性:钻模应固定在工作台上,钻模引导宜贴近加工表面,尽量使用短钻头。
还有一个值得注意的问题是:当采取手动进给时,钻头不得在孔中不进不退,否则钻刃摩擦加工表面,造成加工硬化,使钻头变钝。
铰削钛合金铰削时刀具磨损不严重,使用硬质合金和高速钢铰刀均可。
工厂常用的有W18Cr4V,M42,YW1,YG8,YG10HT等。
使用硬质合金铰刀时,要采取类似钻削的工艺系统刚度,防止铰刀崩刃。
钛合金铰孔时出现的主要问题是铰孔不光,可采取以下解决措施:用油石修窄铰刀刃带宽度,以免刃带与孔壁粘结,但要保证足够的强度,一般刃宽在0.1~0.15mm为好。
切削刃与校准部分转接处应为光滑圆弧,磨损后要及时修磨,并要求各齿圆弧大小一致。
必要时可加大校准部分倒锥。
两次铰削。
粗铰余量0.1mm,精铰余量一般小于0.05mm。
主轴转速60r/min。
铰完退刀时,手铰不能反转退出,机铰应不停车退出铰刀。
攻丝钛合金攻丝,特别是M6mm以下的小孔攻丝相当困难。
主要因为切屑细小,易与刀刃及工件粘结,造成加工表面粗糙度值大,扭矩大。
攻丝时丝锥选用不当及操作不当极易造成加工硬化,加工效率极低并时有丝锥折断现象。
其解决办法如下:优先选用一丝到位的跳牙丝锥,齿数应较标准丝锥少,一般为2~3齿。
切削锥角宜大,锥度部分一般为3~4扣螺纹长度。
为便于排屑,还可在切削锥部分磨出负倾角。
尽量选用短丝锥以增加丝锥刚性。
丝锥的倒锥部分应较标准的适当加大,以减少丝锥与工件的摩擦。
加工螺纹底孔时,先粗钻再用扩孔钻扩孔,以减小底孔的加工硬化。
对于螺距为0.7~1.5mm的螺纹,底孔尺寸可加工到国标规定的标准螺纹底孔的上差并允许再加大0.1mm。
如果不受螺孔位置及工件形状限制,尽量采用机攻,避免手工攻丝进给不匀、中途停顿而造成的加工硬化。
钛合金以其比强度高、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。
我公司某新型发动机所用材料为TA,TC两种。
一般铸、锻件采用TA系列,棒料用TC系列。
特点及切削加工性钛合金相对一般合金钢具有以下优点:比强变高:钛合金密度只有4.5g/cm3,比铁小得多,而其强度与普通碳钢相近。
机械性能好:钛合金熔点为1660℃,比铁高,具有较高的热强度,可在550℃以下工作,同时在低温下通常显示出较好的韧性。
抗蚀性好:在550℃以下钛合金表面易形成致密的氧化膜,故不容易被进一步氧化,对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀能力。
另一方面,钛合金的切削加工性比较差。
主要原因为:导热性差,致使切削温度很高,降低了刀具耐用度。
600℃以上温度时,表面形成氧化硬层,对刀具有强烈的磨损作用。
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。
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工变得十分困难,导致加工效率低,刀具消耗大。
切削加工的普遍原则根据钛合金的性质和切削过程中的特点,加工时应考虑以下几个方面:尽可能使用硬质合金刀具,如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。
低速下断续切削时可选用耐冲击的超细晶粒硬质合金,成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢。
采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度,减小工件与后刀面的摩擦,刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度,避免尖角烧损和崩刃。
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。