(钛合金的应用及其切削加工技术的国内外发展现状.docx

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。(2) β钛合金13相固溶体组成的单相合金。合金的主要特点是加入大量β稳定元素(17％)，如Mo、cr、V等。未经热处理即有较高强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。(3)ａ+β钛合金它是由a和β两相组成，ａ相为主，β相少于30％。该合金具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形能力，能较好的进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％,高温强度高，可在400C～500C的温度下长期工作，其热稳定性次于a钛合金。(4)近ａ钛合金所谓近ａ钛合金是在(ａ+β)钛合金中含有少于2％的β稳定元素，使其退火组织为a相和少量的β相，这类合金具有最好的耐热性。除按退火组织划分外，钛合金按性能特点可分为高塑性低强度、中强度、高强度和耐热钛合金；按生产方式的不同可分为变形钛合金、铸造钛合金和粉末冶金钛合金。目前各国常用的钛合金为变形钛合金。钛合金的性能(1)强度及热强度高钛合金的密度小，一般在4．59／cm 3左右，仅为钢的60％，而强度高，热稳定性好，高温强度好。在300℃～500℃温度下，钛合金的强度约比铝合金高10倍。(2)低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。如在-100℃和196℃时TA4的σb分别为893MPa和1207MPa。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。(3)抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀的抵抗能力特别强；对碱、氯化物、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力,但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。(4)化学活性大钛的化学活性大，与大气中的O、N、H、C02、CO、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于O．2％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在6000以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氨含量上升，也会形成脆化层。(5)导热系数小钛的导热系数λ=15．24W／(m·K)，约为镍的1／4，铁的1／5，铝的1／14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。(6)弹性模量小钛合金的弹性模量约为钢的1／2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘着磨损。钛合金切削加工技术的发展概况钛合金在航空以及其他领域中的用量不断加大，越来越多的钛合金零件需要进行切削加工，然而钛合金又是典型的难加工材料，所以国内外很多学者对钛合金的切削问题进行了大量的试验研究。其研究内容及成果包括如下几方面；钛合金切削加工的特点(1)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／