切削特點(diǎn) 　　

鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難，小于HB300時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個(gè)方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合對(duì)其切削加工性的影響。

鈦合金有如下切削特點(diǎn)： 　　

(1)變形系數(shù)?。哼@是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn)，變形系數(shù)小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。 　　

(2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號(hào)鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上。 　

(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時(shí)約小20％，由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時(shí)，由于鈦合金的彈性模量小，加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動(dòng)，加大刀具磨損并影響零件的精度。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。 　　

(4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時(shí)切削過(guò)程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn)。 　　

(5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過(guò)沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由于鈦合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。車(chē)削鈦合金時(shí)，有時(shí)前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重；進(jìn)給量f<0 1="" mm="" r="" f="">0.2 mm/r時(shí)，前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車(chē)和半精車(chē)時(shí)，后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。 　

　刀具材料 　　切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā)，選用紅硬性好、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料，YG類(lèi)硬質(zhì)合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差，因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。 　　涂層刀片和YT類(lèi)硬質(zhì)合金會(huì)與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結(jié)磨損，不宜用來(lái)切削鈦合金；對(duì)于復(fù)雜、多刃刀具，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。 　　采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下，切削速度可達(dá)200 m/min；若不用切削液，在同等磨損量時(shí)，允許的切削速度僅為100m/min。 　　

注意事項(xiàng) 　　

在切削鈦合金的過(guò)程中，應(yīng)注意的事項(xiàng)有： 　　

(1)由于鈦合金的彈性模量小，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會(huì)降低工件的加工精度；工件安裝時(shí)夾緊力不宜過(guò)大，必要時(shí)可增加輔助支承。 　　

(2)如果使用含氯的切削液，切削過(guò)程中在高溫下將分解釋放出氫氣，被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。 　　

(3)切削液中的氯化物使用時(shí)還可能分解或揮發(fā)有毒氣體，使用時(shí)宜采取安全防護(hù)措施，否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時(shí)用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。 　　

(4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸，銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。 　　

(5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈；經(jīng)清洗過(guò)的鈦合金零件，要防止油脂或指印污染，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕。 　　

(6)一般情況下切削加工鈦合金時(shí)，沒(méi)有發(fā)火危險(xiǎn)，只有在微量切削時(shí)，切下的細(xì)小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象。為了避免火災(zāi)，除大量澆注切削液之外，還應(yīng)防止切屑在機(jī)床上堆積，刀具用鈍后立即進(jìn)行更換，或降低切削速度，加大進(jìn)給量以加大切屑厚度。若一旦著火，應(yīng)采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進(jìn)行撲滅，嚴(yán)禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器，也不能澆水，因?yàn)樗芗铀偃紵?，甚至?dǎo)致氫爆炸。

鈦合金是以鈦為基加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。
　　合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類(lèi)：
　?、俜€(wěn)定α相、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。
　?、诜€(wěn)定β相、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。
　?、蹖?duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。 
　　氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質(zhì)。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對(duì)鈦合金有顯著強(qiáng)化效果,但卻使塑性下降。通常規(guī)定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過(guò)多的氫會(huì)產(chǎn)生氫化物，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015％以下。氫在鈦中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。 
　　鈦合金的分類(lèi)
　　鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1720℃，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為α鈦；在882℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為β鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類(lèi)：α合金,(α+β)合金和β合金。中國(guó)分別以TA、TC、TB表示。
　　α鈦合金,通常民用很少用到。
　　它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。 
　　β鈦合金
　　它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。

鈦是英國(guó)科學(xué)家格內(nèi)戈?duì)栍?791年首先從鈦鐵礦石中發(fā)現(xiàn)的，1795年德國(guó)化學(xué)家克拉普洛特也從金紅石中發(fā)現(xiàn)了這一元素，并命名為“鈦”。由于鈦的化學(xué)活性高，在它被發(fā)現(xiàn)的120年后的1910年才首次提煉出金屬鈦，1940年用鎂還原法制得了海綿鈦，從此奠定了鈦的工業(yè)生產(chǎn)方法的基礎(chǔ)。    鈦在地殼中的儲(chǔ)量非常豐富，它僅次于鐵、鋁、鎂，居第四位，比常用金屬銅、鎳、鉛、鋅的總和還多十幾倍。工業(yè)上用來(lái)生產(chǎn)鈦的礦石有金紅石、鈦鐵礦和鈦磁鐵礦。    金屬鈦具有很多優(yōu)良的性能：鈦的比重為4.5g／cm3，僅為普通結(jié)構(gòu)鋼的56％，而強(qiáng)度與普通結(jié)構(gòu)鋼相當(dāng)或更高，在金屬結(jié)構(gòu)材料中，鈦的比強(qiáng)度是最高的。    鈦的熔點(diǎn)為1668℃，比鐵、鎳稍高，比鋁、鎂的熔點(diǎn)高1000℃以上。因此，作為輕金屬結(jié)構(gòu)材料，鈦合金具有比鋁、鎂合金好得多的熱強(qiáng)性，最高使用溫度可達(dá)600℃。    鈦在氧化性氣氛中極易在表面與氧形成一層堅(jiān)固的氧化物薄膜，是其在氧化性酸、堿、鹽介質(zhì)，特別是在濕氯氣和海水中，具有優(yōu)異的抗腐蝕性能。    鈦具有同素異構(gòu)的結(jié)晶構(gòu)造，885℃以上為密排六方晶格的β相，以下為體心立方晶格的α相。因此，加入不同的合金元素后，鈦合金可分成α－、β－和α＋β三類(lèi)。鈦的同素異構(gòu)性使其在加入不同合金元素時(shí)能得到性能截然不同的合金和具有大的熱處理效應(yīng)。    鈦的膨脹系數(shù)為8.2×10－6／℃，較一般結(jié)構(gòu)金屬小，在急冷急熱時(shí)應(yīng)力小，適于在溫度變化的環(huán)境中使用。    鈦具有好的韌性和抗疲勞性能，焊接性能也很好。鈦的低溫性能好，在－196℃下，也不呈現(xiàn)低溫脆性，這些性能都非常適合結(jié)構(gòu)運(yùn)用。    鈦的導(dǎo)熱系數(shù)小、無(wú)磁，某些鈦合金還具有超導(dǎo)性能、記憶性能和貯氫性能等功能。    由于鈦所具有的一系列優(yōu)良性能，資源又很豐富，鈦的工業(yè)生產(chǎn)問(wèn)世后，立即受到世界普遍高度重視。1947年美國(guó)率先實(shí)現(xiàn)海綿鈦生產(chǎn)工業(yè)化，當(dāng)年生產(chǎn)2噸海綿鈦，1957年就發(fā)展到15000多噸。日本在1952年、前蘇聯(lián)在1954年均相繼開(kāi)始了海綿鈦的生產(chǎn)。中國(guó)也于1958年開(kāi)始了海綿鈦的試生產(chǎn)，現(xiàn)在已形成了完整的鈦工業(yè)體系。當(dāng)前，世界上有鈦工業(yè)的國(guó)家主要是美國(guó)、獨(dú)聯(lián)體、日本、英國(guó)、中國(guó)和德國(guó)。    鈦的應(yīng)用首先是從軍工和航空工業(yè)開(kāi)始的。早在1951年美國(guó)就將鈦材用于飛機(jī)上，到1961年美國(guó)用于飛機(jī)制造的鈦材達(dá)3940噸，占鈦材總用量的77％，如果加上導(dǎo)彈和空間技術(shù)用鈦，占鈦材用量的95％。前蘇聯(lián)、英國(guó)的鈦材也主要用在軍事和航空工業(yè)。進(jìn)入70年代后，鈦的優(yōu)良性能逐步在民用工業(yè)中得到普遍認(rèn)識(shí)，鈦在冶金、化工、電力等民用工業(yè)上的應(yīng)用逐年增加，用量也穩(wěn)步增長(zhǎng)?，F(xiàn)在，美國(guó)非宇航用鈦已超過(guò)30％，獨(dú)聯(lián)體為50％，日本由于歷史原因，鈦材幾乎全部用于民用工業(yè)。    中國(guó)是一個(gè)鈦資源十分豐富的國(guó)家，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前已形成從鈦礦、海綿鈦、鈦冶煉和鈦材生產(chǎn)、鈦設(shè)備制造的整體工業(yè)體系。中國(guó)的鈦工業(yè)同樣是為航空而興起的，我國(guó)在上世紀(jì)80年代確定了大力推廣鈦材民用的方針，國(guó)家又適時(shí)地采取了扶持的政策，鈦工業(yè)才走上了穩(wěn)定發(fā)展的道路。但是，目前中國(guó)鈦工業(yè)的規(guī)模和鈦材的產(chǎn)量與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，在民用工業(yè)上鈦的用量也還較小，其原因是鈦金屬材料的優(yōu)越性還沒(méi)有被廣泛認(rèn)識(shí)，再加上鈦材料昂貴的價(jià)格使很多企業(yè)不能承受，直接影響了鈦材料的推廣使用。要使中國(guó)的鈦工業(yè)得到高速發(fā)展，必須大力宣傳和推廣使用鈦金屬材料，使鈦金屬材料的優(yōu)越性和使用鈦材料可帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益廣為人知。 

?鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60％，純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，見(jiàn)表，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。