航空航天用钛合金的切削加工现状及发展趋势
钛合金的应用及其切削加工技术的国内外发展现状

钛合金的应用及其切削加工技术的国内外发展现状钛合金的性能及其应用钛及钛合金由于具有比强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列突出的优点,能够进行各种方式的零件成形、焊接和机械加工。
50年代初期,在一些军用飞机上开始使用工业纯钛制造后机身的隔热板、机层罩、减速板等受力不大的结构件。
60年代,钛合金在飞机结构上的应用,进一步扩大到襟冀滑轧、承力隔框、中冀盒形梁、起落架梁等主要受力结构件中。
到70年代,钛合金在飞机结构上的应用,又从战斗机扩大到军用型轰炸机和运输机,而且在民用飞机上也开始大量采用钛合金结构。
进入80年代后,民用飞机用钛逐步增加,并已超过军用飞机用钛。
对于高速战斗机。
由于高速和高机动性,要求飞机结构尽可能轻,同时还要有耐高温的能力,实践证明,钛合金是最适宜的材料。
从美国各时期主力战机所使用的材料重量比例可以看出,军用机上复合材料和钛合金的比例正在不断加大,两铝合金的比率呈下降趋势钛合金和复合材料的应用水平已是衡量飞机先进性的重要标志之一。
美国王牌战机F一22所使用的钛合金的重量比例达到了41%。
钛合金作为飞机机体材料使用的优势主要有以下几点:1)轻量化,2)节约空间,3)耐热性,4)耐蚀性,5)能与碳纤维强化复合材料(CFRP 材料)互相相容。
钛合金的类型钛是同素异构体,熔点为1720。
C,在低于882。
C时呈密排六方晶格结构,称为a钛;在882℃以上星体心立方晶格结构,称为β钛。
利用钛的上述两种结构的不同特点,添加Al、sn、zr、V、Mo、Mn、Fc、Cr、Cu、Si等合金元素可得到不同类型的钛合金,其分类如下:(1)a钛合金退火组织以a钛为基体的单相同溶体合金称为a钛合金。
主要合金元素a稳定元素A1、中性元素Sn和zr,可固溶强化。
不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下均是a相,组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。
在500。
C~600。
C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。
2024年钛合金市场环境分析

2024年钛合金市场环境分析1. 简介钛合金是一种具有轻质、高强度和优异耐腐蚀性能的金属材料,广泛应用于航空航天、能源、医疗等领域。
本文旨在对钛合金市场环境进行分析,以便更好地了解该市场的发展趋势和商机。
2. 概述2.1 市场规模:钛合金市场在全球范围内持续增长,预计未来几年将继续保持稳定增长态势。
其主要驱动因素包括航空航天行业的需求增长、能源行业的发展以及医疗行业的创新需求。
2.2 行业竞争格局:钛合金市场竞争激烈,主要的市场参与者包括钛合金生产商、加工商和分销商。
由于技术门槛较高,市场进入难度较大,导致市场上的主要竞争集中在少数大型企业之间。
3. 驱动因素3.1 航空航天行业需求增长:随着全球航空航天业的发展,对钛合金的需求呈现出稳定增长的趋势。
钛合金具有轻质、高强度和耐腐蚀性等特点,非常适合制造航空航天领域的零部件和结构件。
3.2 能源行业的发展:钛合金在能源行业中具有广泛的应用前景,特别是在海洋油气开发、化工设备和核能设备中。
随着能源需求的增加和技术进步的推动,钛合金市场有望获得更多的发展机会。
3.3 医疗行业创新需求:钛合金在医疗行业中应用广泛,如人工关节、牙科种植等。
随着人们对医疗健康的需求增加,钛合金市场将受到更多的关注和需求。
4. 挑战与机遇4.1 技术门槛高:钛合金的生产和加工技术相对较为复杂,需要高水平的技术和设备支持。
这导致市场上的主要竞争集中在少数大型企业之间,对于中小型企业而言,市场进入难度较大。
4.2 国际市场竞争激烈:全球钛合金市场竞争激烈,主要来自北美、欧洲和亚太地区的企业。
这对国内钛合金企业来说是一种挑战,但也提供了国际合作和市场拓展的机遇。
4.3 环境保护要求:钛合金的生产和加工过程会产生一定的环境污染,对环保要求提出了更高的挑战。
企业需要加大环保投入,推动绿色生产和可持续发展。
5. 市场前景与建议5.1 市场前景:随着全球航空航天、能源和医疗行业的发展,钛合金市场有望持续增长。
钛及钛合金的应用现状与发展趋势分析

钛及钛合金的应用现状与发展趋势分析1.航空航天领域:钛及钛合金由于其高强度、低密度、优良的耐高温性能以及抗腐蚀等特点,成为航空航天领域的首选材料。
钛及钛合金主要应用于飞机结构、发动机零部件、航空发动机叶片等领域。
随着航空航天工业的不断发展,钛及钛合金在该领域的应用将继续扩大,其中以高性能钛合金的研究和应用为发展方向。
2.船舶建造领域:钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能和高强度,是一种理想的船体结构材料。
目前,钛及钛合金主要应用于海洋工程船舶、潜水器材和海洋石油平台等领域。
未来,钛及钛合金在船舶建造领域的应用将继续扩展,如用于制造更大型、更轻量化的船体结构,以提高航行能力和燃油效率。
3.化工领域:钛及钛合金具有优异的耐腐蚀性能,在化工领域得到了广泛应用。
钛及钛合金制成的设备可以用于储存、输送和处理腐蚀性介质,如强酸、强碱等。
此外,钛及钛合金还可用于制造化学反应器、换热器和蒸发器等设备。
未来,随着化工行业的不断发展和技术升级,对耐腐蚀性能更为优良的钛合金的需求将大幅增加。
4.制药领域:钛及钛合金在制药领域的应用主要是制造药品容器、反应器和输送管道等设备。
钛及钛合金具有良好的生物相容性,不会与药品发生反应,且不会污染药品。
随着人们对高质量医疗产品要求的增加,钛及钛合金在制药领域的应用将得到进一步改进和推广,尤其在一次性使用的医疗设备中。
5.汽车领域:钛及钛合金具有优异的强度重量比和耐腐蚀性能,可用于制造汽车结构部件和发动机零部件,如车身、悬挂系统、排气管等。
目前,钛及钛合金在汽车领域的应用主要集中在高端豪华车型上,但随着钛合金制造技术的进一步发展和成本的降低,预计在未来几年内钛及钛合金将在大众汽车中得到更广泛的应用。
综上所述,钛及钛合金在航空航天、船舶建造、化工、制药、汽车等领域均具有广泛应用前景。
随着科技进步和工艺改进,钛及钛合金的性能将进一步提升,应用领域将得到进一步扩展。
同时,钛合金材料的成本与采购难度仍然是制约其广泛应用的因素,因此,降低成本和提高生产工艺的研究也是今后发展的重点。
2024年航空航天用钛材市场需求分析

航空航天用钛材市场需求分析1. 引言航空航天工业是现代工业中一个重要的高技术领域,对材料的需求也非常高。
钛材作为一种优质的金属材料,在航空航天工业中有着广泛的应用。
本文将对航空航天用钛材的市场需求进行分析。
2. 航空航天行业的背景航空航天行业是一个具有高技术含量和高附加值的行业。
随着世界经济的发展和人民生活水平的提高,人们对航空航天产品的需求也越来越大。
航天技术的进步和发展也促进了航空航天工业的发展,对钛材的需求也随之增加。
3. 钛材的特性和优势钛材具有许多优秀的特性,使其在航空航天行业中得到广泛应用。
钛材具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点,可以有效降低飞机和航天器的重量,提高其性能指标。
4. 航空航天用钛材的应用航空航天工业对钛材的需求主要集中在以下几个方面: - 航空发动机 - 飞机结构件- 航空电子设备 - 航天器结构件5. 市场需求分析航空航天用钛材的市场需求不断增长。
一方面,航空航天工业的发展推动了对钛材的需求增加;另一方面,随着航空航天产品的普及和市场竞争的加剧,航空航天企业对材料的性能和质量要求越来越高。
6. 市场竞争情况钛材市场竞争激烈,主要有国内外两类竞争企业。
国内企业主要是少数大型企业,具有一定的技术和生产能力,能够满足航空航天工业的需求。
而国外企业在钛材领域有着长期的研发和应用经验,技术和品质也有很大优势。
7. 市场需求的发展趋势随着航空航天工业的不断发展,对钛材的需求将继续增长。
未来,航空航天用钛材的市场需求将呈现以下几个趋势: - 高温和耐腐蚀性能更好的钛合金材料将更受欢迎; - 材料的性能和质量要求将更高; - 需求量将持续增加,市场竞争将更加激烈。
8. 总结航空航天用钛材具有广阔的市场需求,航空航天工业的发展和市场竞争推动了对钛材的需求增长。
随着技术的不断进步,对钛材性能和质量的要求将越来越高。
预计未来航空航天用钛材市场需求将持续增加,并面临更激烈的竞争。
试析钛合金技术发展现状以及趋势

试析钛合金技术发展现状以及趋势钛合金技术是一种重要的金属材料的开发和应用领域,具有广泛的应用前景。
本文将从钛合金技术的发展现状和趋势两个方面进行探讨,以期给读者带来全面的了解。
我们来看一下钛合金技术的发展现状。
钛合金是一种具有优异性能的金属材料,它具有高强度、低密度、耐腐蚀、耐高温等优点,并且具有良好的可塑性和可焊性。
因此,钛合金被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
目前,钛合金的生产工艺和加工技术已经取得了显著的进展。
采用粉末冶金法、熔模铸造法、等离子熔化沉积法等先进工艺,可以制备出具有复杂形状和高性能的钛合金制品。
此外,钛合金的表面处理技术也得到了快速发展,如阳极氧化、化学镀、电镀等方法可以改善钛合金的表面性能,提高其耐腐蚀性和装饰性。
钛合金技术的发展是一个不断推陈出新的过程。
在未来的发展中,钛合金技术将继续朝着以下几个方向发展。
钛合金的合金化技术将得到进一步改进。
通过添加不同的合金元素,可以改变钛合金的组织结构和性能,从而满足不同领域的需求。
例如,添加铝元素可以提高钛合金的强度和耐热性能,添加锆元素可以提高钛合金的耐腐蚀性能。
因此,钛合金的合金化技术将成为未来的研究重点。
钛合金的制备工艺将更加先进和高效。
随着科学技术的不断进步,制备钛合金的工艺也在不断革新。
新的制备工艺可以提高钛合金的制备效率和质量,并且可以实现对钛合金材料的精确控制。
例如,等离子熔化沉积技术可以实现高精度的三维打印,大大提高了钛合金制品的制造效率和质量。
钛合金的应用领域将进一步扩展。
随着科技的不断发展,钛合金的应用领域将越来越广泛。
例如,在航空航天领域,钛合金可以用于制造飞机的结构件、发动机部件等;在汽车领域,钛合金可以用于制造汽车的车身、发动机等;在医疗器械领域,钛合金可以用于制造人工关节、牙科植入物等。
因此,钛合金的应用前景非常广阔。
钛合金技术是一种具有巨大潜力和广泛应用前景的技术。
通过不断发展和创新,钛合金技术将在材料科学领域发挥重要作用,为人类社会的发展做出更大的贡献。
2023年航空钛合金行业市场需求分析

2023年航空钛合金行业市场需求分析航空钛合金是指用于航空制造和相关领域的高强度、高刚度、耐高温、耐腐蚀的钛材料。
随着航空运输的快速发展和技术的不断进步,航空钛合金在航空、航天等领域的应用越来越广泛,市场需求也不断增长。
本文将分析航空钛合金行业市场需求的主要因素和未来发展趋势。
一、航空钛合金市场需求因素分析1. 航空工业的发展需求航天航空工业是航空钛合金行业最主要的市场需求来源。
随着航空技术和航空运输的不断发展,对于钛合金材料的性能和质量要求也越来越高。
航空钛合金作为航空工业中广泛使用的特种材料,其强度、刚度和耐腐蚀性能都远远超过了其他常见的材料。
因此,在航空器、发动机、涡轮机等领域,航空钛合金得到了广泛应用。
2. 航空制造业市场需求除了航空工业,航空制造业也是航空钛合金市场需求的重要来源。
航空制造业包括航空零部件制造、结构件制造等。
随着航空工业的发展,对于航空零部件的要求也越来越高,而航空钛合金作为一种材料,其性能能够满足这些高要求,因此在航空制造业中得到了广泛应用。
3. 航空中的高速发展航空是现代工业最快速的发展行业之一,而航空钛合金作为航空工业中重要的材料之一,其市场需求也在不断增长。
顺应航空行业的发展需求,航空钛合金行业的技术和生产水平也在不断提高,使得航空钛合金得到了更加广泛的应用。
二、航空钛合金市场未来发展趋势1. 航空行业的快速发展随着全球航空行业的持续快速发展,航空钛合金市场需求也将大幅增加。
随着新一代飞机陆续问世,对于航空钛合金的需求将不断增长。
飞机制造商们将更加注重电动航空、直升机和改进型飞机的研发,这也将对航空钛合金市场需求带来新的发展机遇。
2. 航空商业空间的拓展未来,随着航空商业空间的不断拓展和航天技术的进步,航空钛合金市场需求也将会得到进一步的增长。
例如,航空和航天领域的探索和未来太空计划,都需要使用航空钛合金材料。
这将为航空钛合金市场带来更加广阔的发展前景。
3. 新技术的出现随着新材料和新技术的不断出现,航空钛合金作为一种重要的特种材料,也将会得到更好的应用。
钛合金技术发展现状及趋势

钛合金技术发展现状及趋势钛合金作为一种具有广泛应用前景的新材料,其特殊的性能使其在航空航天、汽车、医疗器械等领域发挥着重要作用。
本文将围绕钛合金技术的发展现状和趋势展开探讨,介绍其在不同领域的应用和未来的发展方向。
钛合金技术的发展现状。
目前,钛合金已经成为航空航天领域的主要结构材料之一。
其优异的强度、耐腐蚀性和低密度使得它成为飞机零部件、发动机涡轮叶片等高温结构件的首选材料。
同时,钛合金在汽车制造中也得到了广泛应用。
由于其良好的强度和低密度,可以有效减轻汽车的重量,提高燃油经济性。
此外,钛合金还在医疗器械领域得到了广泛应用,如人工关节、牙科种植体等。
由于钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性,能够与人体组织良好地结合,因此在医疗器械领域有着广阔的市场前景。
钛合金技术的发展趋势主要表现在以下几个方面。
首先是材料的优化和创新。
目前,研究人员正在不断改进钛合金的成分和制备工艺,以提高其力学性能、耐腐蚀性和高温性能。
例如,通过添加微量的合金元素和优化热处理工艺,可以显著提高钛合金的强度和韧性。
其次是制备工艺的创新。
传统的钛合金制备工艺存在着高能耗、低效率等问题,因此研究人员正在探索新的制备工艺,如粉末冶金、快速凝固等,以提高钛合金的制备效率和质量。
再者是表面处理技术的发展。
钛合金的表面处理对其性能和应用具有重要影响。
目前,研究人员正在研究开发各种表面处理技术,如阳极氧化、电化学沉积等,以改善钛合金的表面性能,提高其耐腐蚀性和生物相容性。
钛合金技术在环境保护和可持续发展方面也有着广阔的前景。
钛合金具有良好的可再生性,可以通过回收利用减少资源消耗和环境污染。
目前,一些国家和地区已经开始重视钛合金的回收利用,并建立了相关的回收体系。
未来,随着环境保护意识的增强和技术的进步,钛合金的回收利用将成为发展的重要方向之一。
钛合金技术作为一种具有广泛应用前景的新材料,其发展前景广阔。
通过优化材料成分、创新制备工艺和发展表面处理技术,可以进一步提高钛合金的性能和应用范围。
2023年航空钛合金行业市场分析现状

2023年航空钛合金行业市场分析现状航空钛合金是一种高强度、轻质的材料,广泛应用于航空航天领域。
随着全球航空业的快速发展,航空钛合金市场也呈现出快速增长的趋势。
本文将从市场规模、主要市场、竞争态势和发展趋势等方面对航空钛合金行业进行分析。
首先,航空钛合金市场规模不断扩大。
航空钛合金具有优异的机械性能、良好的抗腐蚀性能和高温稳定性,特别适用于制造飞机结构和发动机部件。
根据市场研究机构的数据,全球航空钛合金市场规模从2015年的约10亿美元增长到2020年的约15亿美元,年均增长率超过6%。
预计到2025年,市场规模将进一步扩大。
其次,北美和欧洲是航空钛合金的主要市场。
北美和欧洲地区拥有众多航空航天制造商和供应链企业,这些企业对航空钛合金的需求量巨大。
此外,亚太地区的航空业也在迅速发展,对航空钛合金的需求也在增加。
由于中国和印度等国家的航空产业规模扩大,亚太地区有望成为航空钛合金的新兴市场。
再次,航空钛合金市场竞争激烈。
目前,航空钛合金市场存在多家知名企业,包括美国的波音、洛克希德·马丁和泰克达,以及欧洲的空中客车集团和麦格纳等。
这些企业在研发、生产和销售方面具有较强的能力和经验,形成了一定的市场垄断。
此外,航空钛合金市场还有很多中小型企业,它们通过提供定制化的产品和服务来满足特定客户的需求。
尽管竞争激烈,但随着市场的扩大,航空钛合金行业仍然存在较大的发展空间。
最后,航空钛合金行业的发展趋势主要包括材料研发、成本控制和环境友好等方面。
随着新一代飞机的研发和制造,对航空钛合金的性能和质量要求也越来越高。
因此,航空钛合金企业需要加大对材料研发的投入,提高产品的质量和性能。
同时,航空钛合金的成本也是一个重要的考量因素。
航空钛合金的制造成本较高,企业需要不断寻求降低成本的方法,提高生产效率和运营效益。
此外,环境友好也成为航空钛合金行业的重要发展趋势。
航空业对可持续发展的需求越来越高,对环境影响较小的材料将受到更多关注和青睐。
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航空航天用钛合金的切削加工现状及发展趋势钛合金在航空航天工业和其他工业部门有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步和我国国民经济的快速发展,作为“崛起的第三代金属”钛工业必将大有作为。
航空航天用钛合金的特点及应用作为航空航天领域不断兴起的材料,钛合金有以下优势[1-3] :(1 )比强度高。
钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1176MPa ,而密度仅为钢的60% 左右,所以比强度很高。
( 2 )高温性能优良。
钛合金在高温下仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽。
(3)抗腐蚀性强。
在550 C以下的空气中,钛表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
在航空工业领域,钛合金主要用于制造喷气发动机的压气机盘、涡轮盘、叶片、机匣等,以及诸如大型主起落架支撑梁、机身后段及转向梁等结构件[4] 。
因钛合金具有比强度高和耐高温特点,用于制造飞机发动机和机体能够有效地提高发动机推重比和机体机构效率,有利于缓解热障现象[5]。
近年来军用飞机上所用钛合金材料的比例正在不断增加[6] ,钛合金材料的应用水平已成为衡量飞机先进性的重要标志之一。
美国第四代战斗机的F-22 的机体主要承力材料大量采用钛64( Ti-6Al-4V ),约占机身总质量的36% ,钛62222 主要用于发动机周围蒙皮机构及发动机框架,约占机身总质量的3%[7] 。
在民用飞机方面,钛合金的应用也较为广泛。
在波音777 上大约采用了11%的钛结构,其平面钛箔的用量将达到12247 kg[8] 。
在航天工业领域,钛合金主要用于制造耐高温和低温零件[9]。
如上海钢铁研究所的7 715D 用于DFH-3 卫星的FY-25 型远地点发动机喷注器;俄罗斯的BT37 合金广泛应用于宇航工业形状复杂的低温管路系统。
航空航天用钛合金的切削加工现状航空航天用钛合金零部件主要有两类。
一类是复杂曲面,如叶轮、涡轮盘和叶片等,实际生产中采用多轴数控加工。
图1 中采用多轴铣削加工的钛合金涡轮即为复杂曲面。
另一类是薄壁框型件,如大型框、梁和壁板等多采用铣削加工。
图2 中采用立铣加工的钛合金壁板是典型的薄壁框型件。
上述两种工件的加工都必须从整块坯料中去除大量的材料,而钛合金的切削加工性较差,其工件的加工成本占工件总成本的比重很大。
切削加工困难是导致钛合金零件价格高昂的重要因素。
1钛合金的切削加工性钛合金是典型的难加工材料,其加工特性表现如下[10-11]:(1)钛合金的导热性差,是不良导热体金属材料。
切削加工时,切屑与前刀面的接触面积很小,特别容易引起薄壁件的热变形。
(2)钛合金弹性模量低,弹性变形大。
切削时接近后刀面处工件的回弹量大,导致已加工表面与后刀面的接触面积特别大,造成加工件几何形状和精度差、表面粗糙度增大、刀具磨损增加。
(3)钛合金的亲和性大、切削温度高。
切削时,钛屑及被切表层与刀具材料咬合,产生严重的粘刀现象,容易引起刀具强烈的粘结磨损。
钛合金的高温化学活性强,在600 C以上时,与氧、氮产生间隙固溶。
吸收气体后钛合金表面的硬度明显上升,对刀具有强烈的磨损作用。
目前,我国的钛合金切削加工效率还比较低,生产中应用最多的硬质合金刀具推荐的切削速度在30~50m/min,与国外相比还存在很大差距。
2目前的钛合金切削加工工艺现有的钛合金切削加工方式主要是车削和铳削。
钛合金车削加工时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。
钛合金的铳削加工比车削加工困难。
因为铳削是断续切削,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。
在加工钛合金时,通常选择较小的前角,以增大切屑与前刀面的长度;选择较大的后角,以减小后刀面与加工表面之间的摩擦。
为了降低切削温度,通常选用较小的切削速度和较大的切深,并使用切削液。
切削速度过小导致材料去除率低下,增加了钛合金加工成本;较大的切深导致切削力增大,影响钛合金工件尤其是薄壁件的质量;切削液的使用增加了加工成本,造成环境污染,不符合绿色切削的要求。
目前,我国的钛合金加工缺乏有效的工艺数据库支持。
在具体工艺安排和切削用量选择上,往往凭经验和“试切”来确定工艺参数。
此外,我国刀具和切削液的国产化程度还比较低,制约了钛合金切削加工水平的提高。
钛合金切削加工的发展趋势随着航空工业的发展,钛合金将逐步取代铝合金,成为航空工业的主要材料。
未来的钛合金切削加工将主要面向3 个方向:(1 )大幅提高单位时间内的材料去除量,实现高效加工;(2)研发新型刀具,延长刀具使用寿命;(3)减少切削液的使用,达到绿色切削。
1 钛合金高速切削高速切削能大幅提高钛合金加工效率,并保证零件加工质量。
钛合金的高速槽铣和周铣实践证明,高速切削不仅能提高加工效率,还能有效提高被加工表面的质量[12-14] 。
钛合金高速切削具有以下优势:(1 )温升少,工件热变形小。
高速切削虽然产热量多,但由于切屑从工件上切离的速度快,90% 以上的切削热被切屑带走,传给工件的热量很小,工件积累热量极少,这对于减少钛合金热变形有重要意义。
(2)切削力低。
切削速度高使得剪切变形区变窄,剪切角增大,变形系数减小和切屑流出速度快,从而使切削变形减小,切削力比常规切削力低30%~90%, 特别适合于加工刚性差的航空用钛合金薄壁件。
(3)材料切除率高,加工表面质量好。
高速切削时其进给速度可随切削速度的提高相应提高5~10 倍,这样单位时间内材料的切除量可提高3~5 倍。
另外随着切削速度的提高,切屑可以被很快切离工件,故残留在工件表面上的应力很小。
由于切削点温度的升高工件表面鳞刺的高度会显著降低甚至完全消失。
钛合金高速切削也面临着很多技术难题。
高速导致加工表面温度急剧升高,由于钛合金导热性差,如不采取有效的降温措施,会使得钛合金和空气中元素发生化学反应,形成硬化层。
高温烧蚀和切削力的增大造成刀具急剧磨损,使得加工不能持续。
2 钛合金切削加工的高性能刀具大量的研究结果[15-17] 表明:刀具的快速磨损是制约钛合金高速切削加工的最主要因素。
因而,要想提高钛合金加工和应用水平,必须研发适用于钛合金的高性能刀具。
刀具材料方面,应具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能和高的可靠性。
硬质合金刀具的价格相对低廉,是目前使用最多的钛合金切削刀具,常用刀具有YG6 、YG 8 等。
但是在以往的研究和生产实践中,通常不采用YT 类刀具,因为含钛的刀具材料在高温下很容易与钛合金亲合,使得粘结磨损严重。
但是对刀具磨损的研究表明,钛合金在低速铣削时的刀具磨损机理为粘结撕裂磨损,在高速铣削时以扩散磨损为主[18] 。
而含钛类刀具可有效抑制扩散磨损。
因此,低速段使用的YG 类硬质合金刀具不适合钛合金高速切削,而YT 类刀具将是新的研究方向。
PCD 刀具的性能很适宜于加工钛合金[19] :(1)良好的导热性。
金刚石的导热系数为硬质合金的1.5~9 倍。
由于导热系数及热扩散率高,切削热容易从刀具散出,故切削区温度低,这对于克服钛合金导热性差的问题有重要意义。
(2)较低的热膨胀系数。
金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍约为高速钢的1/10 ,在高温下,能够更好地保证钛合金工件的加工质量。
(3)极高的硬度和耐磨性。
金刚石刀具在加工高硬度材料时耐用度为硬质合金刀具10~100 倍甚至高达几百倍。
使用金刚石刀具切削钛合金,能够有效延长刀具使用寿命。
M ori 等[20] 采用新型PCD 刀具在高速切削钛合金时获得了较好的切削效果。
但是Balkrish na Rao 等[21] 的研究结果表明,金刚石刀具的磨损形式表现为剥落和沟槽磨损,不能实现高速切削。
在刀具结构方面,Komanduri 与Reed[22] 设计了一种可提高刀具寿命的新型刀夹,该刀夹可获得较大的刀具后角和负前角;Shuting Le 等[23] 研究了可转位刀具在高速车削Ti6 Al4V 钛合金过程中的应用状况,在高速切削状态下,可转位刀具的寿命比固定位刀具的寿命增长了37 倍。
3 钛合金绿色切削传统的钛合金切削使用大量的冷却液,增加了制造成本,造成了环境污染,还会损害工人的身体健康[24] 。
绿色切削可有效解决由切削液引起的各类问题。
目前国内外对绿色加工的研究主要有绿色切削技术和绿色冷却技术。
绿色切削技术包括:干式切削、准干式切削、低温切削和绿色湿式切削[25-26] 。
干式切削可完全消除使用切削液导致的一系列负面影响[25] ,由于摩擦使工件和刀具的温度升高,导致刀具磨损加快,工件产生残留应力,同时会使得刀具和工件发生热变形,表面质量降低,因而不适用于航空航天用钛合金的加工。
准干式切削又称MQL (Minimal Quantity Lubrication )极微量润滑技术,它是将极微量的切削油与具有一定压力的压缩空气混合并雾化后,喷射到加工区,对刀具和工件之间的加工部位进行有效的润滑。
MQL 可以大大减少“刀具-工件”和“刀具- 切屑”之间的摩擦,起到抑制温升、降低刀具磨损、防止粘连和提高工件加工质量的作用。
使用的润滑液很少,而效果却十分显著,既提高了工效,又不会对环境造成污染,是钛合金切削加工的有效途径。
低温切削能够提高工件的切削加工性、刀具寿命和工件表面质量,非常适用于钛合金加工。
林肯大学的Z.Y.Wang [27] 的研究结果表明,在超低温加工状态下,刀具材料能够保持良好的切削性能,提高了刀具寿命,保证了切削效率和加工质量。
绿色冷却技术是实现绿色加工的关键,主要包括:以及喷液氮冷却、蒸汽冷却、低温气体射流冷却雾射流冷却等。
液氮冷却采用液氮使工件、刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工,是目前主要的低温加工手段。
低温气体射流冷却是采用-10~-100 C的冷风强烈冲刷加工区的一种冷却方式。
试验证明,该方式可以显著均匀地降低加工区、刀具及工件的温度,有效地抑制刀具磨损,提高刀具耐用度,改善已加工表面的加工质量和提高零件加工精度[28-29] 。
由于液氮冷却切屑收集困难,纯气体冷却时刀具没有得到润滑等问题,制约了此种冷却方式的推广。
有学者在此种方法基础上提出了钛合金低温喷雾射流冷却加工[30] 。
低温喷雾射流冷却加工兼备了低温、射流冲击、充分汽化和使用最绿色的空气等几个要素。
结束语为了满足航空航天对于钛合金工件日益增长的需求,步。
在基于国内的材料、机床和管理等条件基础上,优化、加工参数的优选,提高加工效率和产品质量,的发展的重要因素。
我国的钛合金切削加工必须有长足的进进一步加强钛合金材料加工工艺路线的是推动国内钛合金产业和航空航天工业。