【刀父课堂】一文读懂钛合金。

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导读：
钛合金在飞机机身上的应用比例已经超过30%，钛合金有很多优异特性，切削特点，强度高、耐高温、稳定性好，但是切削加工困难，有什么注意事项？和应该避免哪些问题？小编接下来一一为大家分析解答。

钛合金的主要用途是什么？
1、航空航天领域用钛大多集中在西方国家，尤其是美国，60%的钛材都应用到这个领域。亚洲国家，日本和中国在此领域中钛的投入量均在10%左右。但是近年来随着亚洲航空航天的飞速发展，钛在航空航天领域的消费量将会随之增长。从全球角度来看，航空业对钛市场起着决定性的作用，从历史上看，钛行业大的周期轮回都和航空业的冷暖密切相关。

而我们刀父与航天航空企业3年的合作，已成功在这一领域获得一致好评。

钛合金有哪些切削特点?

      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。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点:

      (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(只相当于45号钢的1/5~1/7),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。车削钛合金时,有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重;进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刀面上;当f>0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损，用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax<0.4 mm较合适。



切削钛合金时怎样选择刀具材料?

      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。由于高速钢的耐热性差,因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、 643、 YS2T和YD15等。

      涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用,加剧刀具的粘结磨损,不宜用来切削钛合金;对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如W12Cr4V4M0)、 高钴高速钢(如W2M09Cr4VC08)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2AI、 M10Mo4Cr4V3AI)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。

      采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达200 m/min;若不用切削液，在同等磨损量时,允许的切削速度仅为100m/min 。
.切削钛合金时怎样选择刀具几何参数?

(1)前角y0:钛合金切屑与前刀面的接触长度短,前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力

      不至于过分集中在切削刃附近，改善散热条件,又能加强切削刃，减小崩损的可能性。-般取γ0=5°~15°。

      (2)后角a0:钛合金已加工表面弹性恢复大、冷硬现象严重,采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、粘附、粘结、撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大于等于15。

      (3)主偏角Kr和副偏角K'r:切削钛合金时切削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许的条件下，应尽量减小主偏角，以增加切削部分的散热面积和减小切削刃单位长度上的负荷，-般采用Kr=30°, 粗加工时取Kr=45°。减小副偏角可以加强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，- 般取K' =10~15° 。

      (4)刃倾角ls:由于毛坯有硬皮和表层组织不均匀，粗车时切削刃容易崩损,为了增加切削刃的强度和锋利程度，应加大切屑的滑动速度，一般取As =30~-5°， 精车时As =O。

      (5)刀尖圆弧半径rε:切削钛合金时刀尖是最薄弱的部分,容易崩掉和磨损，需磨出刀尖圆弧，一般rε=0.5~1. 5mm。

      车削时采用负倒棱(by=0.03~0.05 mm, y01=-10°~0°), 断卷)屑槽的槽底圆弧半径Rn=6~8 mm。

      另外，刀具刃磨质量对提高其耐用度也十分重要。硬质合金刀具宜用金刚石砂轮刃磨,切削时刃口必须锋利，前后刀面的表面粗糙度Ra值应小于0.4um,刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨后进行研磨，其耐用度可提高30%。


切削钛合金时怎样选择切削用量?

      切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的最佳切削温度约为480C~540C，硬质合金刀具约为650C~750C。切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。

      (1)切削速度Vc:切削速度对刀具耐用度影响最大，最好能使刀具在相对磨损最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌号的钛合金，由于强度差别较大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也有一-定影响，应根据不同的切削深度来确定切削速度的大小，

      (2)进给量f:进给量对刀具的耐拥度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的进给量，一般取f=0.1~0.3 mm/ro 进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具磨损,同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此不允许f<0.05 mm/ro

      (3)切削深度ap :切削深度对刀具耐用度的影响最小，一般选用较大的切削深度，这样不仅可以避免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散热，一般取ap=1~5 mm。

.切削钛合金时应注意哪些问题?

在切削钛合金的过程中，应注意的事项有:

(1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度;工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。

(2)如果使用含氯的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆;也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。

(3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用;切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件,清除含氯残留物。

(4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。

(5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净;经清洗过的钛合金零件,要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。

(6)-般情况下切削加工钛合金时,没有发火危险，只有在微量切削时,切下的细小切屑才有发火燃烧现象。

为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度,加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火， 应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器,也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。

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