航空钛合金加工【荐】.pdfVIP

巴索植物油基切削液在航空领域钛合金的加工 前言：本文旨在探讨航空领域钛合金常见问题与巴索公司植物油基切削液的应用解决方 案等 钛合金以其比强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材 料，但由于其切削加工性差，长期以来在很大程度上制约了它的应用。随着加工工艺 技术的发展，近年来，钛合金已广泛应用于飞机发动机的压气机段、发动机罩、排气 装置等零件的制造以及飞机的大梁隔框等结构框架件的制造。 20 世纪50 年代，军用飞机进入了超声速时代，航空发动机相应地进入喷气发动机时代， 原有的铝、钢结构已不能满足新的需求。钛合金恰恰在这个时候进入了工业性发展阶段， 由于它具有比强度高、使用温度范围宽（－269～600℃）、抗蚀性好和其他一些可利用 的特性，因此很快被选用于飞机及航空发动机。50 年来的世界钛市场中最大的用户始 终属于航空。当前，航空仍然占50 ％左右市场份额。 钛合金在航空中主要用途 合金系和类型 代号 产品种类 主要用途 工业纯钛 TA1、TA2、TA3 板、带、管、棒、 飞机骨架、蒙皮、发动机部件 线、铸件 钛铝合金 TA6 板、棒、管、铸 飞机蒙皮、骨架零件、压气机壳 件 体、叶片等 钛铝钒合金 TC4、TC10 板、棒、管 飞机结构零件、起落支架等 钛钒铬合金 TC5 厚板、棒、锻件 支架结构、气动导管等 钛合金特点及切削加工性 钛合金相对一般合金钢具有以下优点： 比强变高：钛合金密度只有4.5g/cm3 ，比铁小得多，而其强度与普通碳钢相近。 机械性能好：钛合金熔点为1660℃，比铁高，具有较高的热强度，可在550℃以下工 作，同时在低温下通常显示出较好的韧性。 抗蚀性好：在550℃以下钛合金表面易形成致密的氧化膜，故不容易被进一步氧化，对 大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀能力。 另一方面，钛合金的切削加工性比较差。主要原因为： 导热性差，致使切削温度很高，降低了刀具耐用度。 600℃以上温度时，表面形成氧化硬层，对刀具有强烈的磨损作用。 塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑与前刀面接触长度很小，前刀面上应力很大，刀 刃易发生破损。 弹性模量低，弹性变形大，接近后刀面处工件表面回弹量大，所以已加工表面与后刀面 的接触面积大，磨损严重。同时在刀具设计中尽可能采用较短刀杆。 钛合金切削过程中的这些特点使其加工变得十分困难，导致加工效率低，刀具消耗大。 图1：钛合金零件铣削加工 钛合金切削加工的一些原则 根据钛合金的性质和切削过程中的特点，加工时应考虑以下几个方面： 尽可能使用硬质合金刀具，如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度 也较高。低速下断续切削时可选用耐冲击的超细晶粒硬质合金，成形和复杂刀具可用高 温性能好的高速钢。 采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度，减小工件与后刀面的摩 擦，刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度，避免尖角烧损和崩刃。要保持刀刃锋利，以保证 排屑流畅，避免粘屑崩刃。 切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬 化层中工作而磨损过快；切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具 耐用度。 加工时，切削液的选择至关重要，美国洛克希德公司认为氯会导致表面硬化加剧，产生 晶间腐蚀，因此水性产品最好不含氯。 附：关于晶间腐蚀intercrystaline corrosion，这是沿金属晶粒间界面向内部扩展的腐蚀。钛及其 合金与氧有很强的亲合力，很易形成高稳定性的氧化膜，即使因机械原因遭到破坏也能很快恢复。 但不是万能耐蚀材料，长期或重复与氯化物溶液接触会使钛金属结构性能下降。钛的缝隙腐蚀主 要发生在高温卤素离子溶液中、湿氯气和含有氯气的工业大气中；经常发生在缝隙表面局部区域， 在过程中往往要吸氢，且随着吸氢量增大，表面积聚大量氢化物导致微裂纹形成，在外应力作用 下产生开裂。 仅就切削液而言，选用植物油基的切削液是最优方案。 植物油基切削液 在机加工应用领域中，引进植物油基冷却液可使机械切削