钛合金机械加工表面质量的故障分析与研究
钛合金紧固件在机械加工中存在的问题及措施
钛合金紧固件在机械加工中存在的问题及措施作者：宋庆华来源：《科技视界》2017年第10期【摘要】钛合金是一种变形系数小、强度较高、抗腐蚀性能好、低温韧性好、热强性好、以及焊接性能好的加工材料，其被广泛地应用于紧固件以及飞机起落架结构承力件的制作中，然而这种材料也有一定的缺点，其弹性模量小、导热系数小、容易燃烧和变形、效率低等各方面因素直接影响了其加工工艺和加工质量。
因而对其在机械加工中存在问题进行分析，提高加工工艺质量水平对促进钛合金材料的运用是非常重要的。
本文主要针对钛合金紧固件使用以及加工中存在的问题进行分析，并探讨提高加工工艺质量的有效措施。
【关键词】钛合金紧固件；机械加工；问题；质量控制；措施0 前言在飞机零件中，钛合金紧固件的运用可以使飞机增强抗腐蚀能力，还可以达到减重的目的，钛合金紧固件是碳纤维复合材料以及钛合金之间的必要连接件。
现阶段，钛合金以及复合材料的运用范围逐渐增大，应用数量也在不断增加。
1 概述1）钛合金紧固件的标准要求。
钛合金紧固件一般需要进行固溶时效热处理，从而保证其满足660MPa的抗剪强度以及1100MPa的抗拉强度性能要求，钛合金制造的紧固件要对其进行详细的检查，除了观察外观是否存在损毁，还要对其进行机械性能以及冶金的检查。
钛合金紧固件具有严格的材料标准以及质量、性能标准和要求，钛合金紧固件的加工技术条件要与AMS4967标准（丝材、退火、锻件和环形件、可热处理的钛合金棒材）中提出的相关要求相符合，该标准在材料的公差、尺寸、金相、外观、缺陷控制、以及机械性能等方面均有明确的标准要求和性能要求。
2 钛合金紧固件使用过程以及机械加工中存在的问题1）腐蚀性能。
在进行钛合金紧固件的安装时容易形成间隙，因而在金属与金属之间或者金属表面涂层裂缝下，一些容易受到影响的金属材料会发生一定的腐蚀。
钛合金材料的抗腐蚀性能的主要原因是其表面有一层防护性氧化膜，如果这层膜受损，在氧气充分的条件下其可以自行进行修补，然而在钛合金紧固件实际使用过程中，由于环境条件的变化（如：某种介质浓度增加、温度升高、或与易腐蚀的金属发生接触），就会导致钛合金发生腐蚀。
ZTC4钛合金铸件表层与内部组织的相关性研究
ZTC4 钛合金铸件表层与内部组织的相关性研究1.前言钛合金是一种轻质高强度的金属材料，因其较高的比强度、优异的抗腐蚀性和热稳定性等特点，被广泛应用于航空航天、海洋工程、医疗假肢等领域。
而钛合金铸件是一种常见的加工方式，具有较好的成形性、经济性和工艺性。
但是，钛合金铸件的表层组织和内部组织的质量对于其性能与应用具有重要影响。
因此，本文将探讨ZTC4 钛合金铸件表层与内部组织的相关性研究，旨在为优化钛合金铸件的生产工艺和加工质量提供技术支持。
2.钛合金铸件的表层组织2.1表层组织的特点钛合金铸件的表层组织直接影响着其表面质量和应力分布。
一般情况下，钛合金铸件的表层组织由残余物质和金属氧化膜构成。
残余物质主要是铸造过程中的非金属颗粒和气孔等，而金属氧化膜则是钛合金在空气中接触氧化后形成的一层氧化膜。
此外，表层组织的厚度和硬度也决定了其耐磨性、抗腐蚀性等性能指标。
2.2表层组织的影响因素表层组织的质量与其制造工艺和原材料质量有着密切的关系。
常见的影响因素有铸造温度、铸型温度、压力和模具形状等。
其中，铸造温度和铸型温度是影响表层组织形成的关键因素，其影响是通过控制钛合金在铸模表面的润湿性、流动性和钛合金与模具表面的接触面积来实现的。
而压力和模具形状等因素则主要影响表层的均匀性和密度。
3.钛合金铸件的内部组织3.1内部组织的特点钛合金铸件的内部组织直接影响着其强度、塑性和韧性等力学性能。
一般情况下，钛合金铸件的内部组织由晶粒、微观组织和非金属夹杂物三部分组成。
其中，晶粒是钛合金铸件中最基本的结构单元，微观组织是指晶粒之间的界面和相，而非金属夹杂物包括气孔、氧化物、夹杂物等，影响着钛合金铸件的塑性和韧性。
3.2内部组织的影响因素钛合金铸件的内部组织是由铸造工艺、成分控制和热处理工艺等多种因素共同作用产生的。
其中，铸造工艺是影响晶粒尺寸和形态分布的重要因素，成分控制则影响着钛合金铸件的相组成和力学性能。
而热处理工艺则主要通过改变钛合金的晶界和相界结构，来调整其强度、塑性和韧性等性能指标。
钛合金切削质量的影响因素与改进措施
钛合金切削质量的影响因素与改进措施从大气、材料性能和含碳量三方面因素对钛合金切削性能进行分析，同时针对以上影响因素提出了相应的改进措施，为飞机制造和修理过程中钛合金结构的切削加工奠定了理论和实践基础。
钛合金材料具备比强度高、耐高温性好、抗腐蚀等优良的物理、化学性能，被广泛应用于航空航天、石油化工、海洋、能源和交通运输等工业领域。
随着现代飞机对隐身性能、抗疲劳性能和高强轻质等性能要求的不断提高，钛合金在飞机制造领域的应用日益广泛，飞机上采用机械加工的零部件所占的比例也相应增加，但基于钛合金本身的物理性质，其切削加工性较差，加工过程中导热性较差，切削时材料黏度较大，导致大量钛合金关键零件、重要零件的切削难度非常大，加工精度不容易保证，因此在飞机制造和修理领域中解决上述钛合金精密切削过程中存在的问题，对突破钛合金机械加工的技术瓶颈至关重要。
1、钛合金零件切削加工的影响因素钛合金不同于铝合金、合金钢和镁合金等金属材料，在高速切削情况下，无法保证其加工精度和加工质量。
造成其加工难度大的影响因素主要有以下两个方面：一是材料的固有属性；二是航空结构件的特殊性能要求。
钛合金材料的固有属性体现在以下三方面：①由于钛合金的导热性差，摩擦因数大，导致切削热不易传出，且集中在切削区和切削刃附近的较小区域内。
高温下切削刃的硬度降低，造成刀具寿命的缩短，严重时会直接影响加工零件的精度。
②钛元素化学性质活泼，在300℃以上，钛原子容易与大气中的氢、氧及氮等非金属元素发生强烈的化学反应，形成表面硬化层，在切削热的作用下，该部位温度升高，更容易与空气中的CO2和油脂中的碳元素发生化学反应，当含碳量＞0.12%时，会形成TiC硬质碳化物，进而加速切削过程中刀具的磨损。
③钛合金对含钛元素的刀具材料具有十分强烈的化学亲合作用。
④弹性模量E数值较小，抗拉强度与屈服强度比值较小，进而导致在机械加工过程中刀具会随着工件的转动发生较大的回弹，从而增加了切削摩擦力，加速刀具磨损，影响加工精度。
钛合金材料的加工工艺研究
钛合金材料的加工工艺研究随着现代工业技术的不断发展，钛合金材料作为一种高性能的金属材料，被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等多个领域。
但是，钛合金的加工难度很大，其强度高、韧性低、易氧化、易热裂和易热变形等特点，使其加工困难度增加，因此钛合金产品的加工工艺研究一直是业内人士关注的热点之一。
一、钛合金材料的性质钛合金材料具有许多优异的特性，包括高比强度、高比刚度、低密度、优良的抗氧化性能、高抗腐蚀性能和优异的生物相容性等。
但是，其加工性能受到限制，如加工难度大，热变形严重，切削力大，容易产生裂纹和变形等。
二、钛合金材料加工工艺1. 机械加工机械加工是一种常用的加工方法，主要包括车削、铣削、钻孔、磨削、抛光等。
然而，机械加工钛合金材料的难度较大，需要使用更硬的切削工具和更高质量的冷却液，减小切削量，而且加工过程要遵循一定的顺序，减少残余应力的影响。
2. 化学加工化学加工是应用化学反应的原理，对钛合金表面进行化学反应，制备出所需要的形态。
常见的化学加工方法有电解氧化、化学镀锌、化学镀铬、化学雾化等。
这种加工方法被广泛应用于消费品和贵金属制品制造领域，可以获得高度均一的表面，提高产品的质量和精度。
3. 热加工钛合金材料的高温强度较高，热加工主要包括热挤压和热轧制等。
热挤压是通过消除材料粗大组织和制造均匀组织来改善钛合金的可塑性。
热轧制是将钛合金材料加热到高温，并通过压制来改善其性质。
这种加工方法可用于生产大尺寸的钛合金板材，用于航空、航天、船舶、化工等领域的制造。
4. 焊接加工钛合金材料的焊接难度大，主要是其焊接接头易产生孔洞和裂纹。
常见可控气体（TPA）、等离子焊接（PAW）、电弧等离子焊接（PAPC）、电弧熔化钨惰性气体（GTAW）等。
其中TPA具有高低速、热能控制、适用于龙骨和复杂形状的零件焊接等特点，是钛合金材料实现自动化焊接的主要途径之一。
三、钛合金材料加工中需要注意的问题1. 刀具选择钛合金材料钻孔时，应选择尖角为150度或135度，称为通用钻头。
浅析机械加工表面质量问题与对策
要，产品与产品之间的微观表面会大大的降低零部件之间的配合质 量， 对产品的使用寿命 ， 自身 陆能都会产生较大的影响。 ２ 产 品表面 质量 问题原 因 ２ ． Ｉ 切削加工。切削加＿ 丁是机械产品生产环节的重要加工手段 ， 顾名
装后的切削角度调整问题 ， 都要严格把关 ， 争取最大限度的在此环节 不影响产品表面＿ 丁艺。 ３ ． ２ 工件材料方面。工件材料 陛质中， 对加工表面粗糙度影响较大的 是材料的塑性和金相组织。 对于塑性大的低碳钢 、 低合金钢材料， 预先 进行正火处理以降低塑陛， 切削加工后能得到较小的粗糙度。工件材 料应 有适 宜 的金 相组 织 （ 包括 状 态 、 晶粒 度大小 及分 布 ） 。
聃枝论 坛
民营 科技２ 工表 面质量 问题 与对策
王 志 友
（ 中 国第 一 重 型股 份 公 司 大型 装 备 制 造 分 厂 ， 黑 龙 江 齐 齐哈 尔 １ ６ １ ０ ４ ２ ）
摘 要： 机械 加工产品的表面质量决定 了产品 自身的使 用价值 ， 对 于产品表面质量的研究与控制不可忽视 ， 这篇 文章主要 介绍 了 机械 生产加 工环 节中保障产品表面质量 的问题 ， 以及如何解 决相应 问题的手段 。 关键词 ： 零件生产 ； 表面质量 ； 问题 ； 手段
３ － ３ 切削条件方面。以较高的切削速度切削塑性材料可抑制积屑瘤 出现， 减小进给量 ， 采用高效切削液 ， 增强Ｔ艺系统刚度 ， 提高机床的 动态稳定性， 都可获得好的表面质量。 ３ － ４ 加工方法方面。主要是采用精密 、 超精密和光整加工。选用较小 工 韧性 较差 的金 属时 ，特别 注意 的是加 工过 程 中产 生 的金属 细屑 ， 这 的径向进给量， 选用较大的砂轮速度和较小的轴向进给速度 ， 工件速 度应该低些 ， 采用细粒度砂轮； 精细修整砂轮工作表面 ， 使砂轮上磨粒 些东西如果存留在金属表面， 自然地也会增加产品的粗糙度。 ２ ． ２ 表 面层 冷作 硬化 。机 械 加工 过程 中 因切削 力作 用产 生 的塑性 变 锋利， 也可达到较好的磨削效果。选择适宜的磨削液能获得低粗糙度 形， 都会使表面层金属的硬度和强度提高 ， 这种现象称为冷作硬化。 经 表 面 。 过不 断 的实践 研究 ， 如下几 个方 面是冷 作硬 化重 要原 因 。切 割工 具 的 ３ ５ 减 少加 Ｔ 表面 层变 形 强 化 和残 余应 力 也 能提 高 加 Ｔ表 面质 量 。 半径 过 大 ， 导致 金属 表面受 力过 强 ， 非 弹性形 变产 生 ， 金 属表 面硬 度 变 合理选择刀具的几何形状 ， 采用较大的前角和后角 ， 并在刃磨时尽量 强。 当 具磨损程度加大时 ， 工具与金属表面急剧摩擦， 也可以导致冷 减小其切削刃刃口半径 ； 使用刀具时， 应合理限制其后刀面的磨损宽 硬增强。 切割时速度过大 ， 产生的热量在金属表面作用时间较短， 也会 度 ； 合理选择切削用量， 采用较高的切削速度和较小的进给量； 加工时 不 同程 度上增 强冷 硬程 度 。 采用有效的切削液等 ， 可减少加Ｔ表面层变形强化。 ２ ． ３ 表 面层材料金 相组 织变化 。在 进行 金属切 削时 ， 金属 表面 温度会 当零件表面存在残余应力时 ， 其疲劳强度会明显下降， 特别是对 急剧升高， 当温度超过规定数值的时候， 金属表面的金相组织就会随 之产生一些不必要的改变。其 中磨削烧伤最为常见， 主要可以分为回 火、 淬火以及退火烧伤三种 。这种烧伤指的是在切割 、 打磨金属时 ， 由 于表面温度过高， 是金属外层 的金属强度和金属硬度变低 ， 同时在金 属表面出现一些肉眼看不见的细纹。其中回火烧伤是说 ， 在淬火过程 中， 磨削部分的温度并没有高出金相组织变相温度 ， 可是却高于了马 有应力集中或在有腐蚀 洼介质中ｌ Ｔ作的零件 ， 影响更为突出。 为此， 应 尽可能在机械加工中减小或避免产生残余应力。 ・ 但是， 影响残余应力 产生的因素较为复杂。总的说来 ， 凡能减小塑性变形和降低切削温度 的因素都能使已加工表面的残余应力减小。 此外 ， 生产中常采用滚压 、 挤（ 胀） 孑 Ｌ 、 喷丸强化 、 金刚石压光等冷
钛-钛合金钝化行为与机理研究
钛-钛合金钝化行为与机理探究摘要：钝化是钛/钛合金在应用中的一个重要问题，本文以探究钛/钛合金的钝化行为和机理为主题，综述了近年来的探究进展。
起首介绍了钛/钛合金的钝化特点和影响因素，对钝化的物理、化学机理进行探讨。
然后详尽介绍了钛/钛合金的表面处理方法和钝化技术，包括机械处理、化学处理和电化学处理等，分析了各种处理方法的优缺点以及应用范围。
最后，介绍了钛/钛合金的钝化膜性质和性能测试方法，包括厚度、成分、结构、耐蚀性等方面，综述了目前钝化膜性能探究的最新进展。
本文旨在为钛/钛合金材料的应用提供参考和借鉴，同时为钛/钛合金钝化膜的探究提供一定的理论依据。
关键词：钛/钛合金，钝化，表面处理，薄膜性能1.引言钛/钛合金具有良好的力学性能、高温强度、耐腐蚀性等优点，在航空、航天、医疗等领域有着广泛的应用。
然而，钛/钛合金与氧气、水等环境接触时容易发生氧化反应，产生“粘附现象”，严峻影响了钛/钛合金材料的性能和应用。
2.钛/钛合金的钝化特性和影响因素(1)钛/钛合金的表面状态(2)环境氧气和水的含量(3)表面处理方法(4)钛/钛合金组织结构3.钛/钛合金的表面处理方法和钝化技术(1)机械处理方法(2)化学处理方法(3)电化学处理方法4.钛/钛合金的钝化膜性质和性能测试方法(1)钝化膜厚度(2)成分和结构(3)耐蚀性和耐磨性5.结论和展望综述了钛/钛合金钝化行为和机理的探究进展，对钛/钛合金材料的应用提供了参考和借鉴，同时为钛/钛合金钝化膜探究提供了一定的理论依据。
将来探究可以在钝化膜的性能优化和钢/钛合金的混合材料探究方面继续深度钝化膜是一层形成在钛/钛合金表面的致密、均质且具有优异性能的薄膜。
它可以有效抑止钛/钛合金与外界环境接触所产生的氧化反应，提高材料的耐腐蚀性和机械性能。
因此，钝化膜已成为钛/钛合金表面处理的重要方法之一。
钝化膜特性的探究表明，钝化膜的厚度、成分、结构和晶体形态等属性与钛/钛合金的钝化性能休戚与共。
钛合金机械加工表面质量的故障分析与研究
性 下 降 ， 加 热 和 锻 造 过 程 中 形 成 的 富 氧 在 钛 或者 硝 酸 浓 度 不 足 均 可导 致 该 缺 陷 出 现 ， 层的 机 械 加 工 困难 。 合 金 的 合 金 成 分 不 另一 个原 就 是 酸 洗 时 间 过 长 ， 般酸 洗 ｔ 同 ， 一 其加 工性 能 也 不 一 样 ， 退 火 状 态 下 ， 在 为 ｌ ｎ～４ ｉ 可 以 根 据 操 作 现 场 调 整 工 ａ型 钛 合金 机 械加 工性 能 较 好 ； 【 ｍｉ ａ ｒ ｎ， Ｇ＋ｐ型 钛 合金次之 ； ｐ型 钛 合 金 强 度 高 ， 透性 好 ， 淬 但机 械加 工性 能 最 差 。 鉴 于 上 述 情 况 ， 了 进 行 钛 合 金 高 效 为 挂 灰 是 指 酸 洗 后 钛 合 金 表 面 附 着 的氧 化物 ， 洗时 由于 钛 合金 和酸 液 进行 化学 反 酸 率 、 精 度 的 机 械 加 工 ， 采 取 相 应 的 措 高 应 应 ， 生 的氧 化 物 积 累 在表 面 ， 止 了 反 应 施 ， 免加 工 中缺 陷 的 产 生 。 产 阻 避
干 民 用 领 域 ， 发 出 的 钛 合 金 产 品 几 乎 渗 铁 的 １ ３ 机 械加 工时 产 生 的 热 量很 难 通 过 并 要给 以重 复 充 分 冷 却 ， 其 是 深 孔钻 削 。 开 ／ ， 尤 透 到 代 生 活衣 食 住 行 各 个 方 面…。 现 工 件释 放 ； 时 由于 钛 合 金 比 热 小 ， 同 加工 时 钻 削 过 程 中钻 头 在 孔 内应 保 持 钻 削状 态 而
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工业技术
钛 合 金 机 械 加 工 表 面 质 量 的 故 障分 析 与研 究
钛合金零件的机械加工工艺和质量控制
钛合金材料在多类型板坯锻造、棒材 的轴承和紧固件中得到应用，板坯锻造、 棒材是首选材料，效率低、易燃烧变形等。 为了进一步保证加工质量．经过研究和实 践，优化了机械加工工艺规程。控制了质 量，从而提高了加工水平和加工效率。
一、材料控制 １确保材料和成型件满足性能要求 为了防止零件的缺陷，需要检测产品 的合格证书、取样测试、标记规格数量、 机械性能。多水溶性冷却剂的主要用途， 在钛合金的机械加工中，锻造的热力学规 范从利用金属塑性的角度出发，尽可能降 低氢对钛锭表面的污染。而钛合金锻造温 度表面的区间比较狭窄，由于该实验使用 的是纯天然气加热炉，这也是检测钛合金 锻造的主要困难原因之一．因此要求炉中 保持微氧化气氛。 ２化学活泼高温剧烈变形的钛合金性 质 在金属流动产生的新鲜表面容易粘 在模具上，锻造前砧子预热温度２００— ３００℃是钛锭的表面润滑。玻璃防护润滑 剂能保护钛合金免受Ｈ２、０２、Ｎ２污染 形成表面ａ脆化层而导致产生锻造裂纹， 工作表面加工粗糙度小，Ｒａ＝３ ２；由于 试验用钛锭去除了表面氧化皮，为本实验 专门设计制造了一件长上砧。因此要提前 ２４ｈ刷涂玻璃防护润滑剂．钛板自由锻工 装，自然风干，同时钛板终锻温度较低然 后装炉。钛合金收缩率比钢小的多，钛板 的收缩率。选用玻璃防护润滑剂可以减少 氧化皮，边缘倒较大圆角。起润滑作用和 防护作用。 二、设备控制 在选择刀具和工件夹紧位置时，以确 保在切削刃上有足够的冷却剂。考虑如何 尽可能地提高工件的刚度。在加工过程中 尽可能地增加冷却剂的压力和流量，以避 免振动和颤动。 １切削刀具钛合金零件化学亲和力要 求 为了减少切削温度。切割时容易变形。 减少刀具和雪崩，因此在硬质合金刀具和 高速钢刀具的切削速度的基础上，根据零
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钛合金机械加工表面质量的故障分析与研究摘要:钛合金因其优越的性能,在工业中的应用越来越多,就其表面质量加工过程中遇到的种种问题进行分析与研究。
分析了影响钛合金机械加工性能的主要因素,旨在通过对各种机械加工的研究,提出解决钛合金机械加工表面质量故障的方法。
关键词:钛合金机械加工表面质量故障分析研究
钛合金是一种20世纪50年代兴起的重要金属结构材料,近年,钛合金正广泛应用于民用领域,开发出的钛合金产品几乎渗透到现代生活衣食住行各个方面[1]。
1 常见故障分析
在生产中发现,钛合金机械加工表面质量常见故障有过腐蚀、挂灰、氧化皮未除尽及条纹状花斑几种。
1.1 过腐蚀
过腐蚀是指酸洗后钛合金表面出现麻坑或凹凸不平等缺陷,和材料组织显露有所区别。
一般导致过腐蚀缺陷的原因是氢氟酸和硝酸的比例失调,氢氟酸浓度过高或者硝酸浓度不足均可导致该缺陷出现,另一个原因就是酸洗时间过长,一般酸洗t为1min～4min,可以根据操作现场调整工艺参数,适当缩短酸洗时间。
1.2 挂灰
挂灰是指酸洗后钛合金表面附着的氧化物,酸洗时由于钛合金和酸液进行化学反应,产生的氧化物积累在表面,阻止了反应的进一步发生。
挂灰的缺陷一般是由酸洗时挂灰沉积过多和酸洗后冲洗不够。
酸洗时应不断晃动零件,使反应后的产物从钛合金表面脱落,酸洗后应加强喷淋或冲洗的办法去除挂灰。
国内一般采取压缩空气和自来水混合的高速水流冲洗零件,效果良好。
1.3 氧化皮未除尽
导致该缺陷的原因比较多,各个工序均有可能。
有可能除油不良,或者熔融盐处理时间不够,或者酸洗溶液失效。
出现该缺陷时,应该逐一排除各种可能因素,在必要的时候,可以在前处理增加喷砂工序。
1.4 条纹状花斑
导致该缺陷的原因一般是由于反应不均匀造成的。
可以通过酸洗时晃动零件和降低酸洗液温度来排除。
除了以上几种缺陷,有时还会发现酸洗后检验合格的产品,经过一段时间后,表面出现花斑的现象。
对于此种现象,现在研究比较少,可能是由于酸洗后表面有残留酸液或后续生产带入的腐蚀性介质存在,在应力的共同作用下产生的,在微观检测下与一般腐蚀形态有所区别,一般来说不影响其使用性能,可通过再次酸洗的方法去除,但是受力件要加强二次酸洗后的除氢处理。
2 影响钛合金机械加工性能的因素
导热系数、弹性模量、化学活性及合金类型和显微组织是影响钛合金机械加工性能的主要因素。
钛合金的导热系数小,约为铁的1/3,机械加工时产生的热量很难通过工件释放;同时由于钛合金比热小,加工时局部温度上升快,因此,容易造成刀具温度很高,使刀尖急剧磨损,使用寿命降低。
实验证明,切削钛合金的刀具前端温度比切削钢的温度高2～3倍。
钛合金弹性模量低,使已加工表面容易产生回弹,特别是薄壁零件的加工回弹更为严重,易引起后刀面与已加工表面产生强烈摩擦,从而磨损刀具和崩刃。
钛合金化学活性很强,高温下极易与氧、氢、氮发生作用,使其硬度增加,塑性下降,在加热和锻造过程中形成的富氧层的机械加工困难。
钛合金的合金成分不同,其加工性能也不一样,在退火状态下,α型钛合金机械加工性能较好;α+β型钛合金次之;β型钛合金强度高,淬透性好,但机械加工性能最差。
鉴于上述情况,为了进行钛合金高效率、高精度的机械加工,应采取相应的措施,避免加工中缺陷的产生。
3 钛合金各种机械加工的研究
钛合金机械加工的方法很多,主要包括:车削、铣削、镗孔、钻削、
磨削、攻丝、锯削、电火花加工等。
3.1 钛合金的车削加工及镗孔
车削钛合金的主要问题是:切削温度高;刀具磨损较严重;切削回弹大。
在合适的机械加工条件下,车削和镗孔并不是特别困难的工序[2]。
对于连续切削、大批量生产或金属去除量大的切削,一般都采用硬质合金刀具;当进行成型切削、车槽或切断时,适合用调整钢刀具,金属陶瓷刀具也得到应用。
同其他机械加工操作一样,始终采用恒定的强制进刀,可以避免切削中断。
切削过程中不要停止或减速。
一般不要进行切削,而应进行充分冷却;冷却剂可采用5%硝酸钠水溶液或1/20可溶性油乳状水溶液。
锻造前,车削原始棒料表面富氧层采用硬质合金刀具,其切削深度应大于富氧层厚度,切削速度为20～30m/min,进给量为0.1～0.2mm/r。
镗削是精加工,特别是对薄壁钛合金产品在镗削加工中,应防止烧伤和零件装夹变形。
3.2 钛合金的钻削加工
钻削钛合金时容易生成长而薄的卷曲切屑,同时钻削热量大,容易使切屑过分堆积或粘附在钻削刃上,这是造成钻削钛合金困难的主要原因。
钻孔要采用短而锋利的钻头和低速强制进给,支撑支架要紧固,并要给以重复充分冷却,尤其是深孔钻削。
钻削过程中钻头在孔内应保持钻削状态而不允许在钻孔内空转,并应保持低而恒速的钻削速度[3]。
钻通孔要仔细,当快要钻通时,为了清理钻头和钻孔,及去除钻屑,
最好退回钻头,最终破孔时采用强制进给,这样可以获得光滑的孔。
3.3 钛合金的攻丝
钛合金的攻丝可能是最困难的机械加工工序。
攻丝时,钛屑排除受限制及严重的咬合倾向将导致螺纹配合不好,致使丝锥卡住或断裂。
在攻丝完成时,钛合金倾向于紧缩在丝锥上。
因此,应尽量避免加工盲孔或过长的通孔,以防止内螺纹表面粗糙度变大或断锥现象的产生。
同时,在攻丝方法上要不断改进,如可以磨去丝锥后缘,沿齿刃长度在齿顶磨制轴向的排屑沟等。
另一方面采用表面经过氧化、氧化或镀铬处理的丝锥,以降低咬合及磨损。
3.4 钛合金的锯割加工
锯割钛合金时,要采用低的表面速度和连续强制进料。
实验证明,齿距为4.2mm～8.5mm的粗齿高速钢锯条适用于锯钛合金。
若用带锯锯钛合金,其锯条齿距由工件厚度决定,一般为 2.5mm～25.4mm,材料厚度愈厚,齿距愈大。
同时必须保持强制进料能力和所需的冷却剂。
3.5 钛合金的电火花加工
钛合金的电火花加工要求工具与工件间有一个操作间隙。
间隙范围最好取在0.005mm～0.4mm,较小的间隙常用于要求表面光滑的精加工,较大间隙则用于要求迅速去除金属的粗加工。
电极材料最好选用铜和锌。
通过上述分析与研究,得出了钛合金机械加工表面质量的故障原因,并对加工过程中的多种方法进行分析,从而为解决钛合金机械加工表面质量问题找出了切实可行的办法。
参考文献
[1] 何利舰,张小农.钛及钛合金的表面处理技术新进展[J].上海金属,2005(3).
[2] 徐秀茹.钛及钛合金的热处理[J].稀有金属快报,2003(6).
[3] 鲍秀森.钛及钛合金的切削加工[J].机械制造,2000(2).。