1.引言

　　鈦及鈦合金不僅是制造飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭等航天器的重要結(jié)構(gòu)材料，而且在機(jī)械工程、海洋工程、生物工程及化學(xué)工程中的應(yīng)用也日益廣泛。如在閥門制造中，將不銹鋼閥門與鈦制閥門同時(shí)在酸性介質(zhì)中使用，鈦制閥門具有更好的使用壽命。

　　在鈦中加入合金元素形成鈦合金，其強(qiáng)度顯著提高,σb可從350～700MPa提高到1200MPa，因此在工業(yè)上應(yīng)用鈦合金的意義更具重要性。通常按使用狀態(tài)下的組織將鈦合金分為α鈦合金(以TA表示)、β鈦合金和(α+β)鈦合金(以TC表示)三類，三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和(α+β)鈦合金。由于鈦合金可切削性極差，因此給實(shí)際應(yīng)用帶來很多困難。筆者從鈦合金的相對可切削性研究出發(fā)，根據(jù)多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出較實(shí)用的刀具，供讀者應(yīng)用時(shí)參考。

　　2.鈦合金可切削性的研究

　　若以45號鋼的可切削性為100%，則鈦合金的可切削性約為20～40%，其可切削性比不銹鋼差，但比高溫合金稍好。在鈦合金中又按β型鈦合金、α+β型鈦合金、α型鈦合金為序其可切削性逐步改善，而純鈦的可切削性最好。即在一般情況下，材料硬度愈高，加入合金元素越多，材料的可切削性越差。加工鈦合金時(shí)，若材料硬度小于HB 300將會出現(xiàn)強(qiáng)烈粘刀現(xiàn)象，而硬度大于HB370時(shí)加工又極其困難，因此最好使鈦合金材料的硬度在HB300～370之間。

　　2.1鈦合金切削機(jī)理的研究

　　(1)氣體雜質(zhì)的影響

　　各種氣體雜質(zhì)對于鈦合金的可切削性有很大影響，其中最顯著的是氧、氫和氮；鈦合金的可切削性隨著氣體在鈦合金中的含量增加而惡化。

　　鈦元素的化學(xué)活潑性高，具有很強(qiáng)的親和力，很容易與接觸的雜質(zhì)化合，鈦在600℃以上能與大氣中的氧起作用，超過650℃時(shí)，隨溫度的提高而作用增強(qiáng)。在表面出現(xiàn)氧化皮的同時(shí)，氧還向鈦中擴(kuò)散；在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度(882.5℃)以上，氧在鈦中擴(kuò)散特別強(qiáng)烈，以至形成脆化層，且其脆化層厚度隨時(shí)間的增加而增大，即產(chǎn)生所謂“組織α化層”。這是鈦被氧玷污而引起的額外硬化，鈦中含氧量愈多，硬化愈甚。氫在鈦中隨溫度的增加而出現(xiàn)的氧化能力，其擴(kuò)散極其強(qiáng)烈，并形成間隙固溶體，產(chǎn)生氫脆性。在室溫下氮對鈦沒有影響，高溫時(shí)氮與鈦強(qiáng)烈化合，形成硬而脆的氮化鈦(TiN)。

　　可以看出，在鈦合金中，氣體雜質(zhì)氧、氫、氮都可使鈦合金脆化，這些雜質(zhì)還具有磨料性質(zhì)，在加工鈦合金時(shí)能加速刀具的磨損；在鍛壓和沖壓后還可形成比原來材料硬度高得多的硬皮和氧化皮。所有這些，在很大程度上惡化了鈦及鈦合金的可切削性。

　　(2)材料性能的影響

　　從可切削性的觀點(diǎn)出發(fā)，鈦的各種物理——機(jī)械性能是很不利于切削的組合，因?yàn)槊恳环N性能的存在都加重了另一種性能所引起的切削困難。

　　鈦合金塑性小，因而極其顯著地影響其切削時(shí)的塑性變形。如果用切屑的收縮表示被切削層的變形，則鈦合金切屑的收縮系數(shù)等于1(甚至小于1)，而普通碳鋼切屑的收縮系數(shù)ψ約等于3，鈦合金較小的ψ值使切屑經(jīng)主切削刃切離后，立即向上翻卷，使切屑與刀具前刀面間僅有一極小的接觸面積(約為鋼材的1/3)，從而使作用在車刀接觸面積上的壓力和局部溫度增高；由于鈦合金有很高的強(qiáng)度極限，故造成接觸面積上受到的壓力和局部溫度更高；再加上鈦合金的熱導(dǎo)率很低(僅為鐵的1/5、鋁的1/10，TC8熱導(dǎo)率λ=7.955W/mk)，極大地限制了刀尖的冷卻條件；此外，高度活潑的金屬鈦還容易和刀具化合產(chǎn)生焊接和粘剝。由于上述性能的綜合，在同樣的切削用量下，加工鈦合金時(shí)刀具單位面積所承受的切削力要比加工一般鋼材時(shí)大得多，切削溫度也高得多，因此使刀具磨損很快，材料的可切削性惡化。