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钛和钛合金的概述：Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数,下同),在所有按元素中居第9位,而在可作为结构材料的金属中居第4位,仅次于Al、Fe、Mg,其储量比常见金属Cu,Pb,Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富,储量为世界。钛合金的密度小,比强度、比刚度高,抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好,具有优良的综合能,是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来,世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展,海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平,在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛,在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。 2001年以来钛得到了更加广泛的应用，在一些新兴市场上应用的迹象得到了增长，如汽车、石油和天然气。从长远来看，汽车上的用钛量将不断增加，成为钛应用的一个更有保障的竞争领域。在高端消费品领域钛合金的应用也已经基本成熟，如钛合金在高尔夫球杆和网球拍上的应用。当今社会老龄化问题越来越严重，市场对钛需求量不断增加，每年正以5％～7％的速度增长，在生物部门钛已成为另一个热门且具有广阔的应用发展前景。以上新兴市场钛的消费量每年都呈增长趋势，2001年钛消费量为6000吨，2006年增加到10000吨。2007年以后随着经济的发展和国防事业的需要，国际市场对钛合金产品的需求大幅增加，特别是航空航天领域将成为未来几年国际市场的主要消费和应用领域。 钛及钛合金具有许多优良特性,主要体现在如下几个方面:    

(1)比强度高。钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686~1 176 MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。 

(2)硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32~38。     

(3)弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078@105~1.176@105MPa,约为钢和不锈钢的一半。 

(4)高温和低温性能优良。在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600e;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253e时还能保持良好的韧性。 (5)钛的抗腐蚀性强。钛在550e以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。

钛合金的特点     

钛合金的优点：①重量轻；②比强度高；③耐金属疲劳；④化学性能稳定。    钛合金的缺点：①切削加工性差；②温度超过400℃则强度降低（因此用于发动机的低温部分）。      钛合金难切削的主要原因：①热传导率低，刀尖易聚热；②切削热引起的高温造成粘结，导致刀具寿命降低；③与钢相比，钛合金弹性模量小，回弹效应可能引起高频颤振、擦痕和加工误差等问题。   

钛合金的加工方法     （1）将刀尖温升控制到最小程度     ①切削速度不宜过高（40～60m/min）     切削速度过高会产生大量切削热，导致刀具寿命降低，因此应避免采用过高的切削速度。     ②缩短刀具与工件的接触时间     刀具与工件接触时间越长，产生的热量就越多，会导致刀具寿命降低。而刀具直径越大，接触时间就越长，因此在允许的范围内，应尽可能使用小直径刀具。     ③不宜加大切削宽度      切削宽度越大，接触时间越长，会增加发热量。因此，加工时不宜加大切削宽度，而通过增加切削长度来提高加工效率。使用长刃刀具等对于粗加工很有效。切削宽度小的台肩铣削能减少切削热，使提高切削速度成为可能。    ④使用45°主偏角刀具     只要工件形状允许，应尽可能使用45°主偏角的刀具，以减薄切屑，延长刀具寿命。     ⑤充分使用切削液，提高冷却效果     充分使用切削液，尤其是15MPa以上的超高压切削液，以降低刀尖温度、改善切屑处理效果、防止产生积屑瘤。从而能够提高切削速度和生产率。    （2）提高刀具刚性     通过缩短刀具悬伸长度、增大刀具直径，可提高刀具刚性、减小刀具挠曲度。在因工件形状必须采用较大悬伸量的场合，应用插铣加工也很有效。    （3）锯齿切削刃刀具的使用     由于锯齿切削刃可减小接触宽度，从而可减少热量的产生。此外，切削液可从锯齿之间到达被切削面，因此锯齿切削刃刀具对钛合金的加工十分有效。    （4）钛合金加工对刀具的要求     ①加大刀具前角（减少切削热的产生）；提高刀具刚性。    ②使用锋利的切削刃；防止发生粘结。     ③选用与被切削材料亲和力低的刀片材料。     ④选用能抗崩刃和打刀、韧性和耐热性好的刀具材料（M类）。    ⑤选用锯齿型刃口刀具（可用于粗加工）。    钛合金加工实例     （1）ISCAR公司风火轮铣刀加工钛合金实例     风火轮铣刀是具有锯齿刃口的圆刀片。加工条件：工件材料：Ti-6Al-4V；使用刀具：铣刀型号FRW 

D34A50-04-22-16，刀片型号RCMT1607-FW-F20  IC908；悬伸长度：200mm；切削条件：切削速度55m/min，切削宽度40mm，切削深度3mm，进给速度98mm/min。与普通圆刀片相比的功率与排屑量如下：风火轮刀片：所需功率0.3kW，排屑量33.0cc/kW；圆刀片：所需功率0.57kW，排屑量17.5cc/kW。与相同材质的圆刀片相比，锯齿刃刀具每千瓦的排屑量增加了49%。即使进给速度提高到原来的2倍（196mm/min），仍可得到相同的结果。此外，切屑也被分割得更细，刀具不易崩刃，刃口状况良好。    （2）超高压切削油使用实例    使用ISCAR公司的CUT  GRIP硬质合金切槽刀并采用超高压切削油加工压缩机壳体时的加工条件：工件材料：Ti-6Al-4V；使用刀具：刀杆型号BHC8，刀片型号GIPY8.00-4.00IC20；切削条件：切削速度100m/min，进给量0.2～0.25mm/r，切深0.5mm；加工要求：精加工。切削速度从过去的30m/min提高到150m/min，加工时间缩短为原来的1/3。同时，大幅度改善了切屑处理效果，减少了因粘结引起的突发性打刀，实现了稳定加工。   （1）刀具材料的合理选择问题。 解决难加工材料高效加工的首要问题是合理选择刀具材料，当前生产中选择刀具一般根据类比和厂商推荐，选择范围有限。采用标准的耐用度试验方法大范围地选择刀具时，工件材料和时间的消耗极大，技术上难以实施。最近Yuan 等[39]根据上百条磨损曲线的统计分析，提出一种基于刀具初期磨损的刀具快速筛选技术，可以在几天之内消耗几kg工件材料，从20  多种厂家推荐的刀具中筛分出适用刀具、备选刀具、淘汰刀具，筛选的置信度达90%以上。 （2）切削参数的选择问题。 钛合金切削加工性方面的研究成果推广应用不足，生产中缺乏合理的切削参数，切削参数的选择凭经验、凭类比，而很少以科学、系统的试验结果为依据。国外刀具供应商推荐的参数虽然可能经过较系统的试验，但由于试验条件与国内生产环境的差异，所推荐的切削参数未必适用。（3）加工成本的构成问题。 加工成本构成的差异也是造成我国钛合金切削速度普遍偏低的主要原因之一。