钛合金的切削加工及注意事项

1.密度小，强度高

钛合金是一种高强度的轻合金，密度ρ=4.13g/cm³，合金元素与碳构成各种复杂的碳化物，这些碳化物并不熔于合金中，以极细小的颗粒形式分散在晶界处，阻止晶界在外力的作用下产生滑移，因此钛合金具有高强度和高硬度，抗拉强度高达E_b=930～1300MPa（45钢只有540～600MPa），强度是碳钢的两倍，密度仅为钢的60%，而且在高温500～700℃时，仍然保持着高强度。

2.切削温度高，导热性差

钛合金强度高，切削变形抗力大，在切削过程中，刀具必须作更大的功，才能将切屑从母体上切下来，因此产生更多的切削热，切削热比碳钢高1～2倍，切削区温度高达1090℃，热导率又很低λ=7.19～7.94W/（m·K），仅为铝合金的1/10、碳钢的1/5，并低于不锈钢和高温合金。低的热导率使钛合金零件在加工过程中，产生较大的温度差和内应力，切削时产生的大量的热不能快速传导出去，高温使刀具材料中的W、C离散，使切削刃硬度、强度下降，加快刀具的磨损。因此，切削温度高，导热性差是导致钛合金难加工的重要原因。

3.加工硬化严重

钛合金在高温时化学活性大，在切削温度600℃以上时与空气中的氧、氮、氢等产生化学反应，氧、氮、氢向基体内部扩散，生成厚度0.1～0.12mm的TiC和TiN等的硬脆层，TiC显微硬度达到3200HV，TiN的显微硬度达到2250HV，在切屑表面和已加工表面生成高硬度的硬脆层，切屑呈羽毛状，对刀具起到反切削的作用，与刀具产生剧烈的摩擦，造成刀具严重的磨损。因此钛合金的零件经过切削加工后，应采用真空加热除氢，以消除零件内部的氢脆。钛合金在温度600℃以上时，与刀具材料之间产生化学扩散，切削出来的钛合金表面与刀具材料间亲合力大，极易产生积屑瘤，当受到冲击后脱落使刀具产生破损，造成前面表皮局部剥落、崩刃，破坏了切削刃的外形，进一步恶化了钛合金的切削加工性。因此在切削加工时，应采用防护性润滑剂进行防氧化、防氮化性化学反应。(www.xing528.com)

4.钛合金塑性小、脆性大

切屑变形系数小，为碳钢的1/3，硬化了的切屑表面与前面接触长度变短，仅为碳钢的1/3～1/4，切屑与前面接触面积很小，切削力和切削热都集中在切削刃和刀尖处，在前面上产生严重的月牙洼磨损，使切削刃强度下降，切削刃上的应力集中，切削刃极易破损。

5.弹性模量小，弹性恢复大

钛合金的弹性模量约为107.8GPa，仅为钢的1/2，切削时产生较大的弹性变形，使刀具实际切削后角减小，使后面与切削表面和与已加工表面的接触面积加大，摩擦压力加大，加剧了后面的磨损；对后面产生反向弹性正压力，增加刀具的背向力。工件产生弹性变形较大，切削振动加大，使加工精度不易控制。