由于钛金属在高温下仍能保持其硬度和强度,因而切削刃会遭遇高作用力和应力,再加上切削区中产生的高热,就意味着很可能出现加工硬化,这会导致某些问题产生,特别是不利于后续切削工序。因此,选择可转位刀片牌号和槽形是加工能否取得成功的关键。过去的历史证明,细晶粒非涂层刀片牌号非常适用于钛金属加工;如今,具有PVD钛涂层的刀片牌号更可大大改进性能。钛和钛板在干中,甚至在0℃以下也会
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由于钛金属在高温下仍能保持其硬度和强度,因而切削刃会遭遇高作用力和应力,再加上切削区中产生的高热,就意味着很可能出现加工硬化,这会导致某些问题产生,特别是不利于后续切削工序。因此,选择可转位刀片牌号和槽形是加工能否取得成功的关键。过去的历史证明,细晶粒非涂层刀片牌号非常适用于钛金属加工;如今,具有PVD钛涂层的刀片牌号更可大大改进性能。钛和钛板在干中,甚至在0℃以下也会发生剧烈反应生成,并有着火危险。
1 钛合金材料的主要优点
(1)钛合金强度高而密度小(4.4kg/dm3)、重量轻,为一些大型结构件减轻重量提供了解决方案。
(2)热强性高。钛合金在400~500℃条件下仍能维持较高的强度,可以稳定的工作,而铝合金的工作温度只能在200℃以下。
(3)与钢材相比钛合金固有的高耐蚀性可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。
2 钛合金加工特性分析
(1)导热系数低。TC4在200℃时热导率l=16.8W/m,导热系数是0.036卡/厘米,仅是钢的1/4,铝的1/13,铜的1/25。在切削加工过程中散热和冷却效果差,缩短了刀具寿命。
(2)弹性模量低,零件已加工表面回弹大,导致已加工表面与刀具的后刀面接触面积增大,既影响零件尺寸精度又降低了刀具度。
(3)硬度因素。硬度值低的钛合金加工时会发粘,切屑沾在刀具前刀面的切削刃附近形成积屑瘤,影响加工效果;硬度值高的钛合金加工时容易使刀具产生崩刃和磨蚀。这些特性导致钛合金金属去除率低,仅为钢件的1/4,加工时间较同尺寸钢件要长得多。
(4)化学亲和性强。钛不仅可以与空气中的主要成分氮、氧等物质发生化学反应,在合金表面形成TiC及TiN硬化层,而且在切削加工产生的高温条件下还能与刀具材料起反应,降低了刀具的度。
(5)切削过程中的安全性能差。
上述实验显微组织在Axiovert 200 MAT光学显微镜上观察,力学性能在Instron5885拉伸试验机上进行测试。试验结果如下:
(1)从冷轧加工硬化曲线中可以发现,抗拉强度和屈服强度随着加工率增加而增加,而延伸率逐渐下降,这主要是由于随着冷轧加工率的增加,位错密度增加,加工硬化加剧。当加工率达到27%左右时,抗拉强度和屈服强度曲线趋于水平,说明进入难变形阶段。
(2)TC6钛合金板材冷轧加工率可达到30.3%,此时材料的延伸率降至5.8%,观察板材表面开始出现褶皱和浮凸,边部出现裂纹。冷轧加工率达到30.3%时宽展量为20mm。
化学活性大- 钛的化学活性大,与大气中O、N、H、CO、CO2、等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%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;酸洗:将制件浸入硫酸等的水溶液,以除去金属表面的氧化物等薄膜。在600℃以上时,钛吸收氧形成硬度很高的硬化层;氢含量上升,也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1~0.15 mm,硬化程度为20%~30%。钛的化学亲和性也大,易与摩擦表面产生粘附现象。
导热系数小、弹性模量小钛的导热系数λ=15.24W/(m.K)钛合金制品约为镍的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%。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、粘结磨损。若剪切会使零件的关键部位产生裂纹,则应考虑采用带锯之类的下料方法。
TC4钛合金的性能化学成份
●TC4 钛合金热处理 : mpa,TC4材料固溶强化处理后,强度增加不大,也就到1100MPa,退火状态下强度一般在900MPa
●TC4钛合金力学性能: 抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25
●TC4钛合金密度: 4.51(g/cm3)工作温度-100~550(℃)
●TC4钛合金化学成分:
TC4含钛(Ti) 余,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,(Al)5.5~6.8,钒(V)3.5~4.5
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