10钛合金的先进制造技术解析
钛合金的数控加工工艺
xiaodong.zhang@
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工艺参数的选用
通过以上分析，我们了解到钛合金的材料特性 和机械加工的特性，为此我们可以在施工中有针 对的加以解决。
在切削过程中，刀具的几何参数和切削用量是相互作 用的因素。当刀具前角增大时，使剪切角增大，变形 系数减小，因此切削变形减小。前面分析到钛合金变 形系数小是产生高温的一个重要原因，所以应当适当 的增大变形系数，途径是减小前角，增大剪切角。其 结果是使切屑变厚，增大了切屑与刀具前面的接触面 积，改善了散热条件。
北京古天联成科技有限公司 张小东
2020/5/26
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钛合金零件加工难点
钛合金属于难切削材料，其切削特点是：
1、变形系数小，易加速刀具磨损； 2、导热系数小，切削时产生的热不易传出，使
切削温度高； 3、单位面积上的切削力大，容易造成崩刃； 4、弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产
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工装的设计原则
工装要求结构稳固、刚性好、夹紧牢靠。 优选气压或液压夹紧方式。
工装材料不能选用铝合金等有色金属，因 为不同性质的金属之间容易发生扩散污染。
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当切深增加时可增加切屑与刀刃的接触宽度，从而改 善散热条件。适当增加进给量可得到合适的变形系数。 增大进给量，减少了切屑的总长度，因而减少了切屑 与刀具前面的摩擦，从而降低了切削温度。
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工艺参数的选用
6、由于毛坯有硬而脆的外皮和对刀具材料化学 亲和性强，易造成刀具磨损和粘刀现象。
先进高温合金近净形熔模精密铸造技术进展
先进高温合金近净形熔模精密铸造技术进展一、本文概述随着航空、航天、能源等领域的快速发展，对材料性能的要求日益提高，高温合金作为一种重要的结构材料，在这些领域中发挥着至关重要的作用。
其中，先进高温合金因其优异的高温性能、抗氧化性和抗腐蚀性，成为当前研究的热点。
然而，先进高温合金的制备技术仍面临许多挑战，尤其是其近净形熔模精密铸造技术，更是制约其应用的关键因素。
本文旨在全面综述先进高温合金近净形熔模精密铸造技术的最新研究进展，包括其基本原理、工艺流程、关键技术难题及解决策略等，以期为推动该领域的技术进步提供参考。
本文将简要介绍先进高温合金的基本特性及其应用领域，阐述近净形熔模精密铸造技术在先进高温合金制备中的重要性。
然后，重点分析近净形熔模精密铸造技术的关键工艺环节，包括熔模制备、型壳制造、熔炼与浇注、凝固控制等，并讨论各环节的优化策略。
接着，本文将深入探讨近净形熔模精密铸造技术在先进高温合金制备过程中遇到的主要技术难题，如氧化、热裂纹、缩孔等，并提出相应的解决方案。
本文将展望先进高温合金近净形熔模精密铸造技术的发展趋势，探讨新材料、新工艺、新技术在该领域的应用前景。
通过本文的综述，期望能为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考信息，推动先进高温合金近净形熔模精密铸造技术的进一步发展。
二、高温合金及其特性高温合金，也称为超合金，是一类能在高温下保持优异机械性能和化学稳定性的金属材料。
它们主要由铁、镍或钴作为基体，辅以各种合金元素，如铬、铝、钛、钨、钼、铌和钽等，通过精密的合金化工艺制成。
这些合金元素能够增强基体材料的强度、硬度、抗氧化性、抗热腐蚀性和抗蠕变性能，使得高温合金能够在600℃甚至更高的温度下长期稳定运行。
高温强度：高温合金在极高温度下仍能保持较高的强度，这使得它们成为制造高温部件，如航空发动机燃烧室、涡轮叶片等的理想材料。
良好的抗氧化性和抗热腐蚀性：通过添加特定的合金元素，高温合金能在高温环境下形成一层致密的氧化物保护膜，防止了基体材料的进一步氧化和热腐蚀。
《先进制造技术》教案-图文
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先进制造技术教案科目先进制造技术授课班级任课老师先进制造技术教案授课日期授课章节名称教学目的第一章概述第一节制造系统的基本概念和发展授课时数2了解先进制造技术的发展背景，了解先进制造技术的概念和特点教学重点教学难点更新、补充删节内容使用教具课外作业课后体会先进制造技术的发展背景、先进制造技术的发展背景制造、制造系统的概念无多媒体教学方法讲授课本p13，复习思考题1、2、6.由于是概括性内容，所以学生比较容易接受授课主要内容或板书设计第1章概述§1.1制造系统的基本概念和发展1.1.1制造系统的基本概念：1、制造业的概念：制造业是将可用资源与能源通过制造过程，转化为可供人和社会使用和利用的工业产品或生活消费品的行业，它涉及到国民经济先进制造技术的各个行业。
2、制造与社会：（1）制造是人类按照生活所需，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或客观可以利用的物质工具，采用有效的方法将原材料转化成最终物质产品，并投放市场的全过程。
（2）制造业是所有与制造有关的实体或企业机构的总称。
（3）制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。
高质量、高水平的制造业必然有先进的制造技术做后盾。
（4）制造系统的基本概念：制造系统是由包括人、生产设备、生产工具、物料传输设备及其他辅助装置组成的硬件环境，以及由生产信息、决策信息、生产方法、工艺手段和管理模式所形成的软件支持的条件所构成的有机整体，其根本目标是把制造资源转变成财富或产品。
§1.1.2制造系统的发展1、材料及制造方法的发展：材料的发展与产品的发展密切相关。
1770年瓦特发明蒸汽机后，陆续出现汽油发动机、蒸汽轮机等，20世纪50年代，出现导弹、人造卫星，目前正向星际探测器等宇航新时代迈进。
钛合金材料的铣削加工及优势
钛合金材料的铣削加工及优势在许多航空航天应用中，钛及其合金正在取代传统的铝合金。
如今，航空航天业消耗的钛材料约占全球生产总量的42%，并且从现在到2010年，预计对钛材料的需求将继续以两位数的速度增长。
新一代飞机需要充分利用钛合金提供的性能，无论是商用机还是军用机市场，都正在推动对钛合金的需求。
波音787、空客A380、F-22猛禽战斗机、F-35联合攻击战斗机（也称为闪电Ⅱ）等新机型都采用了大量钛合金材料。
钛合金材料的优势钛合金具有高强度、高断裂韧性以及良好的抗腐蚀性和可焊接性。
随着飞机机身越来越多地采用复合材料结构，钛基材料用于机身的比例也将日益增大，因为钛与复合材料的结合性能远远优于铝合金。
例如：与铝合金相比，钛合金可使机身结构的寿命提高60%。
钛合金极高的强度/密度比（达20∶1，即重量可减轻20%）为减轻大型构件的重量（这是对飞机设计师的主要挑战）提供了解决方案。
此外，钛合金固有的高耐蚀性（与钢材相比）可以节省飞机日常运行和维护保养的成本。
需要更大加工能力由于比普通合金钢的加工更为困难，因此通常认为钛合金属于难加工材料。
典型钛合金的金属去除率仅为大多数普通钢或不锈钢的25%左右，因此加工一个钛合金工件需要花费的时间约为加工钢件的4倍。
为了满足航空制造业对钛合金加工日益增长的需求，制造商需要增加生产能力，因此需要更好地理解钛合金加工策略的有效性。
典型的钛合金工件的加工是从锻造开始的，直到80%的材料被去除而获得最终的工件外形。
随着航空零部件市场的快速增长，制造商们已经感到力不从心，加上因钛合金工件加工效率较低而增加的加工需求，导致钛合金加工能力明显处于紧张状态。
一些航空制造业的领军企业甚至公开质疑现有的机械加工能力能否完成全部新型钛合金工件的加工任务。
由于这些工件通常是由新型合金制成，因此需要改变加工方式和刀具材料。
钛合金Ti-6Al-4V钛合金有三种不同的结构形式：α钛合金、α-β钛合金和β钛合金。
钛合金的先进制造技术ppt课件
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钛合金的先进制造技术PPT培训课件
钛合金电子束熔炼的特点
钛合金电子束熔炼具有高纯度、高密度、低孔隙 率、高力学性能等优点，可以制备出高品质的钛 合金材料。
电子束熔炼技术的发展趋势
随着科技的不断发展和环保要求的提高，电子束 熔炼技术的能源消耗和环保性能问题越来越受到 关注，未来将会有更多研究致力于降低能耗和减 少污染。
钛合金的激光熔覆技术
航天器构件
在航天领域，钛合金用于制造火 箭发动机壳体、卫星支架和航天 飞机结构部件，满足极端温度和 环境条件下的性能要求。
汽车工业领域的应用案例
发动机部件
钛合金在汽车工业中用于制造发动机 气瓶、阀体和排气系统部件，提高发 动机性能和燃油经济性。
车身和底盘结构
钛合金在汽车车身和底盘结构中的应 用，能够减轻车身重量，提高车辆的 操控性和燃油效率。
钛合金粉末冶金的特点
钛合金粉末冶金具有高纯度、高密度、 低孔隙率、高力学性能等优点，广泛 应用于航空航天、医疗、体育等领域。
粉末冶金技术的发展趋势
随着科技的不断发展，粉末冶金技术 也在不断创新和改进，如纳米粉末冶 金、快速凝固粉末冶金等，为钛合金 的制备提供了更多可能性。
钛合金的喷射成形技术
喷射成形技术简介
模锻造
在模具中限制钛合金的变 形，使其按照模具的形状 和尺寸进行锻造。
等温锻造
在恒温下进行锻造，减少 温度变化对钛合金的影响， 提高材料性能。
轧制技术
热轧
温轧
将热处理的钛合金坯料加热至高温， 然后通过轧机轧制成所需规格和形状。
将半热处理的钛合金坯料加热至一定 温度，通过轧机轧制成所需规格和形 状，兼具热轧和冷轧的优点。
钛合金喷射成形的特点
喷射成形技术流程
喷射成形技术的发展趋势
先进制造技术的内涵及特点
先进制造技术的内涵及特点1.先进制造技术的内涵目前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义,经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作,通过对其特征的分析研究,可以认为:先进制造技术就是制造业不断吸收信息技术与现代管理技术的成果,并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,提高对动态多变的市场的适应能力与竞争能力的制造技术的总称。
2.先进制造技术的特点(1)先进制造技术的实用性先进制造技术最重要的特点在于,它首先就是一项面向工业应用,具有很强实用性的新技术。
从先进制造技术的发展过程,从其应用于制造全过程的范围,特别就是达到的目标与效果,无不反映这就是一项应用于制造业,对制造业、对国民经济的发展可以起重大作用的实用技术。
先进制造技术的发展往往就是针对某一具体的制造业(如汽车制造、电子工业)的需求而发展起来的先进、适用的制造技术,有明确的需求导向的特征;先进制造技术不就是以追求技术的高新为目的,而就是注重产生最好的实践效果,以提高效益为中心,以提高企业的竞争力与促进国家经济增长与综合实力为目标。
(2)先进制造技术应用的广泛性先进制造技术相对传统制造技术在应用范围上的一个很大不同点在于,传统制造技术通常只就是指各种将原材料变成成品的加工工艺,而先进制造技术虽然仍大量应用于加工与装配过程,但由于其组成中包括了设计技术、自动化技术、系统管理技术,因而则将其综合应用于制造的全过程,覆盖了产品设计、生产准备、加工与装配、销售使用、维修服务甚至回收再生的整个过程。
(3)先进制造技术的动态特征由于先进制造技术本身就是在针对一定的应用目标,不断地吸收各种高新技术逐渐形成、不断发展的新技术,因而其内涵不就是绝对的与一成不变的。
反映在不同的时期, 先进制造技术有其自身的特点;也反映在不同的国家与地区,先进制造技术有其本身重点发展的目标与内容,通过重点内容的发展以实现这个国家与地区制造技术的跨越式发展。
钛合金切削加工技术研究进展
钛合金切削加工技术研究进展摘要：钛合金具有比强度高、热强性好、耐腐蚀性高的特点，因此在航空领域得到广泛应用。
本文首先简要描述了钛合金相对其他金属材料的优势和其在航空领域的应用现状，然后从材料特性方面综述了其切削加工性的特点。
最后，根据钛合金加工过程中高温、高粘的特性优选刀具结构及材质，叙述了钛合金切削工艺研究现状。
关键词：钛合金；刀具；工艺钛及钛合金是国防、经济和技术发展的战略要素，它们被称为战略金属，21世纪的第三代金属，广泛应用在航空发动机和飞机制造业。
同其他金属结构材料比较，其具有三个显著优点：比强度高、热强性好、耐腐蚀性高。
金属钛及其合金作为结构材料具有许多吸引人的特性，但它们也有一个主要缺点，即初始成本较高。
其中，造成钛合金零件价格高的原因有很多，加工成本是主要原因之一。
因钛合金材料黏性大、温度高极易造成刀具磨损，为减小刀具损耗，往往加工速度比普通钢件低50%，如何优选加工刀具，提高钛合金材料的加工效率，成为钛合金切削加工领域的难题。
一、钛合金在航空领域的应用在航空制造领域的选材方面，通常从这几个方面入手：1、能够减轻飞机的重量。
钛合金具有较高的比强度(强度密度比)，使其拥有较低的密度(比钢低50%)和机械性能。
例如，在起落架结构中，由于钛合金具有更好的强度密度比，用钛合金替代高抗拉强度钢材可显著减轻重量。
2、具有抗腐蚀性。
与钢不同，钛合金不存在腐蚀问题，从而降低了定期维护成本，提高了资产利用率。
3、能够承受飞机在高速飞行中产生的热载荷。
钛合金的热膨胀系数不到铝合金的一半，比钢低约75%。
即使在较小的温度范围内，钢或铝合金的热膨胀系数也可能导致部件变形甚至断裂，钛合金则不会出现这种情况。
目前最为典型的钛合金材料Ti-6Al-4V合金，它是1954年美国研制成功的，由于它的耐热性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，成为钛合金工业中使用量高达75%~85%的钛合金，现在仍是航空应用的主体，其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V的改型。
浅谈钛合金的切削加工技术
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浅谈钛 合金 的切 削加工技术
丁 明 ） 有限公 司 ， 黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ６ ６ ）
摘 要： 钛 合 金 是 典 型 的 难 加 工 材料 ， 加 工 时 刀一 屑接触面积小、 应力 大、 温度 高， 刀具 粘 结 磨 损 、 扩 散 磨 损 严 重 。但 是 ， 钛 合 金 以优 异 的 综合 力学性能 、 低 密度 以及 良好的耐腐蚀性， 被誉 为是 一种使人类走向太空时代的战略性金属材料， 不仅在航 空航 天及 军工领域得到 广泛 的使 用， 而且 开始逐渐渗透到经济生活的各个方面。随着科学技术的不断进 步和我 国国民经济的快速发展， 作 为“ 崛起 的第三代金属 ” 钛 工 业 必将 大有 作 为 。 ’ 关键词 ： 钛舍金 ； 加工 ； 技 术 １ 钛 合 金 应 用 优 势 分析 金属 去除率 的角度 出发 ， 目前钛合金航空结构件 高效粗加工刀具 主 １ ． １ 强度低 、 机械性能好 。 钛！ 这是一种被人美誉 为“ 大地女神之 要有 玉米铣刀 、 插铣 刀、 大进给铣 刀以及组合刀具等。
子” 的金属 ， 是 一种 ２ １ 世纪的金属 。 钛 为什么如此受人欢迎呢？ 因为 ２ ． ２ 切削用量 的选择 。采用金 刚石 和立方氮化硼作刀具切 削钛 可取得显著效果 。如用天然金 刚石刀具在乳化液冷却 的条件 它的 比 重小， 强度高 、 耐高温 、 抗腐蚀性 强 ， 是一种非常理想 的金属 。 合金 ， 钛， 具有不寻常 的综合优点。 在航 空工业 中称霸 已久的铝 ， 面对钛只 下 ， 切削速度 可达 ２ ０ ０ ｒ ｒ ｄ ｍ ｉ ｎ ； 若不用 切削液 ， 在同等磨 损量 时 ， 允 能是 自愧 弗如 了。 钛 比铝重一些 ， 但 比钢轻一倍 ， 而强度和硬度可与 许的切削速度仅为 １ ０ ０ ｍ ／ ｍｉ ｎ 。切削钛合金 时 ， 切削温度 高 、 刀具耐 钢抗衡 ， 同时又具有 良好 的可塑性 、 超凡 的韧性 、 惊人 的抗腐 蚀性 ， 用度低 ， 切 削用量 中切 削速度对切削温度 的影 响最 大 ， 因此应力求 高速钢刀具 并在 －２ ５ ３ ℃ ５ ０ ０ ￣ Ｃ的度范 围内都能保持高强度 ， 目前飞机的发动 使所选择 的切 削速度下产生 的切削温度接 近最佳范 围。 机构件 、 骨架 、 蒙皮 、 紧固件及起 落架 等都使用 钛合金。钛合金熔点 切削钛合金时的最佳切削温度 约为 ４ ８ ０ ｏ Ｃ ５ ４ ０ ｏ Ｃ，硬质合金 刀具 ５ ０ ℃ ～７ ５ ０ ℃。切削钛合金一般采用较低的切削速度 、 较大的 为 １ ６ ６ ０ ℃， 比铁高 ， 具有较 高的热强度 ， 可在 ５ ５ ０ ℃以下 工作 ， 同时 约为 ６ 在低温下通常显示 出较好 的韧性 。钛还有一个奇特 的性能 ， 即是一 切削深度 和进给量 。 种“ 新生物金属” 。植入人体后不会引起过敏反应 ， 加之它与骨骼密 ２ ． ３切削加工过程 中需要注意 的其它 问题 。首先 ， 由于钛合金的 度相仿 ， 故成为 比较理想的人造 骨。总之 ， 在原来使用钢材 、 铝材的 弹性模量小 ， 工件在加工 中的夹紧变形和受力 变形 大 ， 会降低工 件 地方 ， 几乎都能用钛取而代 之。而一些钢材 、 铝材难 以胜任 的地方 ， 的加工精 度 ； 工件安装时夹紧力不 宜过 大 ， 必要时可增加辅助支承 。 如果使用 含氯 的切 削液 ，切削过程 中在高温下将分解释放 出氢气 ， 钛也能应付 自如。故人们称钛为 “ 未来 的钢铁 ” 。 １ ． ２ 抗蚀性好 。 纯净 的钛是银 白色的金属 。 钛 的矿物在 自然界 中 被钛吸收引起氢脆 ； 也可能引起钛合金高温应力腐 蚀开裂 。 其次 ， 拉 用高速钢制作 的拉刀前角一 分布很 广 ， 约 占地壳 重的 ０． ６％， 仅次 于铝 、 铁、 钙、 钠、 钾 和镁 ， 刀的前后角直接影 响拉刀 的切削效果 。 而 比铜 、 锡、 锰、 锌等在地壳中的含量要多几倍甚至几十倍。钛是 ２ ０ 般取 ０ ＝ １ ０ 。～ ２ ０ 。， 硬质合金拉刀 ０ ＝ ８ 。 一１ ５ 。。用 于外 拉的 １ ０ ｏ —ｌ ２ 。 ，校准齿后角 ｏ Ｌ ｋ＝ ８ ｏ ～１ ０ ｏ； 世纪 ５ ０年代发展起来的一种重要的结构金属 ，钛合金因具有强度 拉刀切削齿后 角 Ｐ＝ 高、 耐蚀性好 、 耐热性 高等特点而被广泛用于各个领域 。 世界上许多 用 于内拉 的切 削齿后 角 仅Ｐ ＝ ５ 。 ～８ 。 ，校 准齿后 角 ｋ ＝ ２ 。～ 国家都认识 到钛合金材料 的重要性 ， 相 继对 其进行研究 开发 ， 并得 ３ 。； 高速钢和硬质合金拉刀 的这两个后角相同。 对于粗拉刀前后角 到 了实际应用 。钛 合金在潮湿 的大气 和海水介质 中工作 ， 其抗蚀性 用小值 ， 精拉刀用大值。 第三 ， 切削加工现场环境质量安全与切削介 远优于不锈钢 ； 对点蚀 、 酸蚀 、 应力腐 蚀的抵抗力特别强 ； 对碱 、 氯化 质的环境污染 问题一直是 困扰机械制造业 的难题之一 。 如何在推广 有效 监测 和控制切 削现场的空气 物、 氯的有机物 品、 硝酸 、 硫酸等有优 良的抗 腐蚀能力 。在 ５ ５ Ｏ 以 应用高性能冷却润滑技术 的同时 ， 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 质量 ， 使其对人体健康的影响降低至安全可靠的标准之下是我 国工 气、 海水 、 蒸汽以及 一些 酸、 碱、 盐介质均有较高的抗蚀能力 。 如果在 业界和机械制造技术领域所必须重点关注的问题 。 温度较高且压力很高 、 具有腐蚀性 的场合 ， 如果使用 一般 纯钛 的话 ， 结束语 因为许用 应力 比较低 的缘 故 ， 纯钛 的厚度会很厚 ， 应使用钛 合金及 总之 ， 在基于 国内的材料 、 机 床和管理等条件基础上 ， 进一 步加 强钛合 金材料加 工工艺路 线的优化 、 加工 参数的优选 ， 提高加 工效 降低材料用量 ， 节约成本 。 １ ． ３ 导热 系数小 ， 化学活性大 。 钛的导热 系数 ＝ １ ５ Ｗ／ （ ｎ １ ． Ｋ） 约 率和产 品质量， 是 推动国内钛合金产业和航空航天工业发展 的重要 随着科学技术的不断进步和我国国民经济的快速发展， 为镍 的 １ ／ ４ ， 铁的 １ ， ５ ， 铝的 １ ／ １ ４ ， 而各种钛合金的导热系数 比钛 的导 因素 。因此 ， 热系数约下降 ５ ０ ％。 钛是一种 很特别 的金属 ， 质地非 常轻盈 ， 却又十 作为“ 崛起 的第三代金属” 钛工业必将大有作为。 分坚韧 和耐腐蚀 ， 它不会像银会变 黑 ， 在 常温下终身保持本 身 的色 参 考 文 献 调。 钛的熔点 与铂金相差不多 ， 因此 常用于航天 、 军工精密部件 。 加 ｆ １ ］ 徐 九华， 刘鹏 ， 傅 玉灿． 超硬 刀具高速切 削钛 合金研 究进展 ｆ Ｊ １ ． 航 空 ２ ０ １ １ （ １ ４ ） ． 上 电流和化学 处理 后 ， 会产生不 同的颜 色。尽管钛在 １ ０ ０ ￣ Ｃ以上 的 制 造 技 术 ， 海水 中具有较强 的活性 ， 容易吸收原子态或分子态氢 ， 从而导致材 【 ２ ］ 张 贝贝， 栗正新 ， 李剑． 加工钛合金 用 Ｐ ｅ Ｂ Ｎ刀具材料的性 能分析 料氢脆等 ， 但其优异性能依然优于铜。在 ６ ０ ０ ￣ Ｃ 以上 时， 钛 吸收氧形 【 Ｊ １ ． 超硬 材料 工程 ， ２ ０ １ ２ （ ２ ） ． 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 ｆ ３ 】 陈爽 ， 张葆 青 ， 闫石． 钛 合金加 工特性 分析及 刀具选择 『 Ｊ ］ ． 工具技 ２ ０ １ １ （ ４ ） ． 生的硬脆表层深度可达 ０ ． １ —０ ． １ ５ ｍ ｍ， 硬化程度为 ２ ０ ％ ～３ ０ ％。 钛 术 ， 【 ４ ］ 储 开 宇． ２ １ 世 纪数控 机床 刀 具材料 的发 展［ Ｊ ］ ． 机 床 与液压 ， ２ ０ １ １ 的化学亲 和性也大 ， 易与摩擦表面产生粘附现象 。 （ １ ４ ） ． ２ 钛合金的切 削加 工技术 ２ ． １ 刀具材料的选择 。刀具材料 的合理选择是应对钛合金加工 的首要 问题， 含钛刀具在高速下可 以用于切 削钛合 金 。在一定条件 下刀具表面形成稳定的钛合金粘接层，可以起到抑制磨损 的作用 。 随着 高速切削技术 的发展 ， 高速切削刀具材料和刀具制造技术都发 生了巨大 的变化 ， 新材料 、 新涂层 、 新技术不断涌现 。 然而， 目前刀具 技术仍是 限制钛合金等难加工材料加工效率提高的一个技术瓶颈 。 因此 ， 按 照钛合金材料 自身加工的特性 ， 要求刀具应具 有抗变强度 高， 硬度高韧性好 ， 热硬性好 ， 耐磨性好及散热性好等特性 。从提高
钛合金零件加工工艺方法分析
钛合金零件加工工艺方法分析钛合金机械性能优良，而工艺性能较差，这就导致了其应用前景看好但加工较为困难这一矛盾。
本文通过分析钛合金材料的金属切削性能，结合多年实际工作经验，在加工钛合金刀具的选用、切削速度的确定、不同切削方法的特点、加工余量及加工注意事项等多方面进行了探讨，阐明了本人对钛合金机械加工方面的见解和建议。
标签：钛合金；机械性能；工艺方法；材料0 引言钛合金密度低、比强度（强度/密度）高、抗腐蚀性能好、耐热性高、韧性、塑性、可焊性均较好，目前在航空航天、汽车、医学、体育用品及电解工业等许多领域均已大量使用钛合金。
但导热性能差、硬度高、弹性模量低等特性也导致钛合金成为较难加工的金属材料。
本文是针对其工艺特性总结出的钛合金切削加工中的一些工艺措施。
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·秒·℃，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耐用度。
（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、一氧化碳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，降低了刀具的耐用度。
钛合金生产制造新方法——增材制造
增材制造技术的快速发展，为钛合金的生产制造提供了新的方法，激光/电子束、熔焊和固态焊三种增材制造方法在钛合金生产中得到了国内学者的广泛研究。
研究表明，钛合金采用增材技术可得到高质量零件，但不同增材技术具有不同技术特征，实际应用及未来发展中需要根据实际需求采用不同的增材方法。
1.序言钛及钛合金因具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优异的物理性能及化学性能，在各工业领域都具有广阔的应用前景，包括船舶制造、航天航空、汽车制造等，同时它也是国防工业的重要材料之一。
钛合金的应用对工业发展起到巨大的推动作用，优于传统材料的性能使其产品质量有了很大提升，满足了工业发展对新材料、新工艺的发展要求，加速了现代工业的发展。
随着钛生产力的不断改善，钛合金已经成为工业生产中的第三金属。
增材制造（Additive Manufacturing，AM）又称“3D打印”，是一种可以实现构件的无模成形的数字化制造技术，具有设计和制造一体化、加工精度高、周期短，产品物理化学性能优异等特点。
增材制造技术从20世纪70年代以来发展迅速，因其与传统制造技术具有巨大差异，已然成为工业领域的研究热点，在现代工业的多领域都得到了快速发展。
增材制造技术的迅速发展，理论上可以实现任何单一或多金属复合结构，为复杂结构件的制造提供了新方法。
钛合金的增材制造技术，解决了精密结构件的加工难题，进一步加大了钛合金的应用范围。
伴随着工业社会的迅速发展，钛合金增材制造技术日新月异，按照增材制造技术的热源不同，可将钛合金增材制造技术分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造三种方式。
国内外的专家学者通过不同的增材制造技术手段，优化工艺方法，稳定增材制造过程，减少或避免增材制造结构缺陷产生，使钛合金增材制造技术朝着绿色、高效、稳定的方向继续发展。
2. 激光/电子束增材制造激光束和电子束作为高密度束源，能量密度高并可调控，被誉为21世纪最先进的制造技术。
目前激光/电子束增材制造主要分为激光金属沉积（Laser Mental Deposition，LMD）技术、激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术、电子束熔丝沉积（Electron Beam Free Form Fabrication，EBF3）技术、电子束选区熔化（Electron BeamMelting，EBM）技术，在钛合金增材制造领域皆有广泛研究。
钛合金材料切削加工技术
钛合金材料切削加工技术摘要：该文分析了钛合金材料特性及加工性能，阐述了钛合金切削加工中刀具材料、刀具几何角度、切削参数及切削液选用等方面的基本原则，总结了钛合金车削、铣削中通常应注意的问题及采取的工艺措施。
关键词：钛合金切削加工车削铣削钛合金材料因比强度高、密度低、耐腐蚀和耐高温等优良性能而被广泛应用在航空航天领域中。
但由于钛合金导热系数小、弹性模量低和化学活性大等特性，使得钛合金材料在加工时切削温度高，刀具磨损严重等，影响了钛合金的加工效率，因此如何提高钛合金的切削效率一直是航空航天行业迫切需要解决的难题。
1 钛合金材料的特性及加工性能（1）比强度高：钛合金密度小，强度高，其强度大于超高强度钢。
（2）导热性差：钛合金导热、导温系数小，热量难以从产生切屑区转移出去，致使刀具切削刃的温度更高，对刀具有强烈的磨损作用，降低了刀具耐用度。
（3）化学性能活泼：钛合金在高温情况下，与空气中的O、N、H等元素起化学反应形成加工硬化层，使切削加工困难；同时钛合金在加工时与刀具材料很容易产生亲和作用，发生粘结和扩散现象，导致刀具磨损加快。
（4）弹性模量小：切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形。
（5）耐腐蚀：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[1]。
2 钛合金材料切削加工的基本原则在加工过程中，所选用的刀具材料、刀具几何角度以及切削参数等都会影响钛合金切削加工的效率和经济性，其加工原则如下。
2.1 刀具材料刀具材料是影响切削加工重要因素，所以尽可能选用硬性好、耐磨性高的刀具材料，如硬质合金刀具、涂层刀具和高速钢刀具等，图1为硬质合金刀具和涂层刀具。
2.2 刀具几何角度切削难加工材料时，合适的刀具几何角度有助于充分发挥刀具的切削性能，提高切削效率。
切削钛合金时有三个变形区，如图2所示。
（1）基本变形区I：变形量大，切削力和切削热主要自该区域。
钛合金工艺总结报告范文(3篇)
第1篇一、前言钛合金作为一种高性能的金属材料，因其优异的力学性能、耐腐蚀性能、生物相容性等优点，在航空航天、医疗器械、海洋工程等领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断发展，钛合金的加工工艺也在不断进步。
本报告旨在总结钛合金工艺在实际生产中的应用经验，分析存在的问题，为今后钛合金工艺的改进提供参考。
二、钛合金工艺概述1. 钛合金分类钛合金按照成分和性能可分为以下几类：（1）α型钛合金：具有良好的成形性能和焊接性能，但强度较低。
（2）α+β型钛合金：兼有α型和β型钛合金的优点，强度和塑性较好。
（3）β型钛合金：具有较高的强度和较好的焊接性能，但成形性能较差。
2. 钛合金加工工艺钛合金加工工艺主要包括以下几种：（1）热加工：包括热轧、热挤压、热成形等。
（2）冷加工：包括冷轧、冷拔、冷挤压等。
（3）表面处理：包括阳极氧化、电镀、涂装等。
（4）焊接：包括气体保护焊、激光焊、电子束焊等。
三、钛合金工艺应用经验1. 热加工（1）热轧：热轧主要用于生产厚板、薄板、带材等。
在实际生产中，应注意控制轧制温度、轧制速度和道次压下量，以保证板材的尺寸精度和表面质量。
（2）热挤压：热挤压适用于生产复杂形状的钛合金零件。
在生产过程中，应选择合适的挤压比和挤压速度，以保证零件的尺寸精度和表面质量。
2. 冷加工（1）冷轧：冷轧主要用于生产薄板、带材等。
在实际生产中，应注意控制轧制温度、轧制速度和道次压下量，以保证板材的尺寸精度和表面质量。
（2）冷拔：冷拔适用于生产细丝、薄带等。
在生产过程中，应注意控制拔丝速度、润滑条件和拔丝比，以保证丝材的尺寸精度和表面质量。
3. 表面处理（1）阳极氧化：阳极氧化主要用于提高钛合金零件的耐腐蚀性能和耐磨性能。
在实际生产中，应注意控制氧化温度、氧化时间和电解液浓度，以保证氧化膜的厚度和均匀性。
（2）电镀：电镀主要用于提高钛合金零件的耐腐蚀性能和装饰性能。
在实际生产中，应注意控制电镀电流、电镀时间和电解液浓度，以保证镀层的厚度和均匀性。
航空发动机钛合金板材热成形加工技术
航空发动机钛合金板材热成形加工技术陈淳陆辰张东升（西安航空发动机（集团）有限公司冲压焊接厂，陕西）钛及钛合金板作为结构材料有很多优点，它具有强度大，比强度高，能耐多种介质的腐蚀的性能，钛的密度不到铁的60%，仅为4.5g/cm3。
钛合金抗拉强度却与高强钢相近，σb 可达1470MPa，即比强度（强度/密度）大。
比强度是评价航空及航天工业用材料的一个重要指标。
目前钛合金被广泛应用于航空发动机制造领域中。
航空发动机用钛合金主要驱动如下：①减重（替代钢和镍基超合金）；②使用温度（可替代铝合金、钢和镍基超合金）；③抗蚀性（可替代铝合金和低合金钢）。
但钛及钛合金也存在不足。
由于其拉伸强度和屈服强度比较接近，即屈服极限对强度极限的比值大，延伸率低，因而塑性变形区范围窄，稍有塑性变形便达到强度极限，发生破坏。
此外钛的弹性模量小，回弹性大，钛板冷成形时硬化比较严重，摩擦系数大，与其它金属的亲和力强，成形中容易粘模、滑伤，其特点给冷成形带来了极大困难。
1、钛合金材料成形性能分析纯钛的塑性高，但强度低，因而限制了它在工业上的应用。
为了获得要求的性能，在钛中添加不同的合金元素，得到各种不同牌号的钛合金。
工业纯钛TA1、TA2、TA3的钛的弹性模量小，回弹性大，对压力加工特别是冷冲成形很不利。
多以钛板制造350℃以下工作零件，如飞机蒙皮和隔热板等。
钛合金TB1（Ti-3AI-8MO-11Cr）等β合金，可以强化到非常高的强度水平。
这类合金的缺点是对杂元素敏感性高，组织不够稳定，不宜在高温下使用，另外，其冶金工艺也较一般合金复杂。
良好，可以强化到较高的强度水平，约占和航空工业中使用的钛合金石70%以上。
2、热成形加工工艺为了改善材料的成形性能，一般在加工过程中要退火，以消除冷作硬化和应力。
常常采用加热成形工艺以减少回弹，提高贴模效果。
因为在一定的高温下状态下（≥550℃），屈强比及都减少了，延伸率显著增加，可进行钛合金板成形。
钛合金材料的机械加工工艺相关阐述
钛合金材料的机械加工工艺相关阐述摘要:钛合金材料是现阶段应用范围相对较广的一种材料，需求量相对较高，且随着经济发展对于钛合金材料的加工工艺提出了更高的要求，本篇文章也将目光集中于钛合金材料的机械加工工艺，主要分析了钛合金材料机械加工过程中的重点技术要素，讨论了如何有效的提高钛合金材料机械加工质量。
希望通过本篇文章的探讨和分析可以为相关单位提供更多的参考与借鉴，对钛合金材料机械加工工艺做出有效的优化，提高钛合金材料机械加工质量。
关键词：钛合金；机械加工；加工工艺；加工质量经济社会的发展以及科学技术的不断优化让现阶段钛合金材料机械加工的手段变得越来越完善，在传统模式下很多难以解决的问题都得到了有效处理，对提高钛合金材料机械加工质量起到了一定的推动作用。
但是不可否认的是，就现阶段来看钛合金材料机械加工仍旧存在着一定的欠缺和不足，而想要明确相应的优化路径，首先则需要了解机械加工过程中的技术重点有哪些。
一、钛合金材料机械加工的技术重点1、刀具材料在钛合金材料机械加工的过程当中刀具是影响机械加工工艺和加工质量的重要因素，想要更好的提高钛合金材料机械加工的加工质量，就需要重视起刀具的作用和影响。
然而就现阶段来看，在钛合金材料机械加工的过程当中所采用的刀具材料往往无法满足实践需求，材料的强度和硬度较为欠缺，这从很大程度上影响了钛合金材料机械加工的加工效果。
合理的优化刀具材料可以为钛合金机械加工提供更多的帮助和保障，而一般情况下在钛合金机械加工过程当中所采用的刀具材料为合金、立方碳化硼、高速钢等相应的材料为主要的选项，这些材料强度相对较高，硬度满足机械加工需求，适用于强度相对较高、节奏相对较快的加工需求。
除此之外，聚晶金刚石也可以作为钛合金机械加工中的刀具材料，除了强度高硬度高以外，该项材料在实践应用的过程当中也可以满足高温、高热、高速的工作环境需求，为钛合金材料的机械加工提供更多的帮助和保障[1]。
2、刀具的几何参数在钛合金材料机械加工的过程当中所需要的刀具类型是相对较多的，例如钻头、车刀、丝锥、铣刀、铰刀等等，不同类型的刀具应用方向和应用环节也是有所不同的，但是他们都会影响钛合金材料机械加工的质量和效率，而刀具的几何参数确定对于钛合金材料加工的加工效率和加工质量也会产生一定的影响。
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使用超塑性加工制造零件的另一优点是可 以一次成型，省掉了机械加工、铆焊等工序， 达到节约原材料和降低成本的目的。在模压超 塑性合金薄板时，只需要具备一种阴模或阳模 即可，节省一半模具费用。超塑性加工的缺点 是加工时间较长，由普通热模锻的几秒增至几 分钟。具有如 下主要优点：
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（3）添加元素细化晶粒。不同的金属或合金，加入
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(3) 短暂超塑性 近期研究发现，普通非超塑性材料在一定条 件下，进行快速变形在短时间内会呈现出超塑性 性质，这种现象称为短暂超塑性。这种材料必须 具备双相组织，并利用在双相区的温度下母相晶 粒长大困难，有利于塑性的发挥。这类超塑性也 有待于进一步研究。
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2. 超塑性材料的获得
金属超塑性的获得除了特定的外界条件外，本身组织 状态是关键。 为了在塑性变形过程中，使金属的微晶组织稳定，并 尽可能使晶粒长大缓慢，就要求原始组织的晶粒越小越好， 或有双相的组织抑制其晶粒长大。要达到这一目的，可用 以下办法： （1）通过对共析合金材料(两相组织)的多次淬火和回火热 处理，获得微晶组织； （ 2 ）通过 对共晶合金适当的热处理，获得较细的晶粒 。 但这种共晶合金必须有高的第二相体积百分比，才能有高 的热稳定，即高温下，晶粒不易长大，并有高的延伸率；
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金属材料的超塑性大体可以分为三类：
(1) 组织超塑性 材料具有超塑性的必要条件是具有均匀等轴 的微晶组织，较低的应变速率和高于金属熔点温 度的百分之五十，并保持恒温状态。因此又称微 晶超塑性，或称组织超塑性。这类钛合金最典型 的是Ti-6Al-4V，对它的研究最广泛。
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(2) 相变超塑性 它是在一个变动频繁的温度环境下，经相变 或同素异晶转变，和组织超塑性一样，在低应力 作用下，同样获得无缩颈的高延伸率称为相变超 塑性。由于温度的反复变化，引起组织结构的变 化，故又称动态超塑性。而前一种没有相的转变 故又称静态超塑性。 材料产生 相变 或 同素异晶转变 是必要条件。 而钛与铁相似，在882℃发生相的转变，低于此温 度时是α钛，密排六方晶格是稳定的；高于此温度 是β钛，体心立方晶格也是稳定的。这类超塑性研 究较少，有待深入。
●在一道成形工序内可用低塑性钛合金制成复杂形状的构 件，而且总变形量或局部变形量很大； ●由于合金 变形阻力 大大减小，成形过程的动力参数值 （应力、压力）也减小，因此可以广泛采用非压床模压成 形； ●由于能很好地贴模成形，而且 没有回弹 ，因此，成形 的构件精度很高；
●工艺过程相对简单 而且机动灵活，可以保证生产准
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超塑性与传统成形方法相比，具有如下特征：
(1) 大变形
超塑性材料在单向拉伸时δ值极高，表明超塑性材料在变形 稳定状态方面要比普通材料好得多。
(2) 无缩颈
超塑性材料表现出很强的抗颈缩能力，无明显的局部缩颈。
(3) 小应力
超塑性材料在变形过程中，变形应力可以很小，具有粘性或 半粘性流动的特征。通常用流动应力表示变形应力的大小。在一 定的速度下，流动应力σ要比一般金属的变形应力小到几分之一 以至几十分之一。
第8章
飞行器生产中 钛合金的先进制造技术
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8.1 钛板超塑性成形
8.1.1 超塑性成形的特征 塑性：是金属的主要属性之一，它指的是金属在不遭 受破坏的情况下，既具有永久变形能力又具有足够强 度的性能。
“超塑性”就是超出一般“塑性”指标的金属的特性。
作为衡量塑性优劣的一个重要指标延伸率δ值，一般金属均 不超过百分之几十，如黑色金属不大于 40%，有色金属不大于 60%（软铝约为 50%，而金银一般也只 80%），它们即使在高 温下拉伸，也难以达到100%。从材料的提纯、冶炼、锻造和热 处理中设法改善金属的塑性，但都不理想，无法大幅度提高塑 性指标。 2
在长期以来金属变形的研究中，有人发现某些 金属在 一定条件下 具有大大超过一般塑性的特异 性能，这些具有超塑性的金属其δ值可超过百分之 百，有的甚至达到百分之二千也不产生缩颈现象。 随着研究的深入，普遍认为这种特殊的、巨大的延 伸特性并不限于某几种合金；对大多数金属材料， 包括钢铁等黑色金属以及一般认为难成形的钛合金 等， 在特定条件下都可使δ值提高几倍至几十倍。 比如Ti-6Al-4V板材，常温下的δ值约10%，Ti-5Al4V 约 14% ，前者在加温到 760℃时，δ值约为 65% ， 850℃时约90%，即使加温到900℃也只达110%左右。 然而处于超塑性条件下的 Ti-6Al-4V ，δ值可高达 3 500%以上，甚至1000%以上。
超塑性是一种奇特的现象。具有超塑 性的合金能像饴糖一样伸长 10 倍、 20 倍甚 至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。 金属的超塑性现象，是英国物理学家森金 斯在 1982 年发现的，他给这种现象做如下 定义：凡金属在适当的温度下（大约相当 于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样 柔软，而应变速度 10毫米/秒时产生本身长 度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。
备周期短、耗费少，并可对生产工艺及产品结构进行改革.
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8.1.2 超塑性分类与机理 1. 超塑性的分类
• 延伸率超过100%作为衡量材料有无超塑性的标准。 • 流变方程
K
m
应变速度敏感指数 m 值作判据；若 m>0.3 时，即认为有 超塑性。实验证明， m值越大，材料超塑性性能越好。 因此，金属材料超塑性是在 特定条件下（高温、细晶粒 和低应变速率），材料出现异常的延伸率的总称。
(4) 易成形
由于超塑性材料具有上述特点，在变形过程中基本没有应变 硬化，因此压力加工流动性与填充性极好，所需设备能量低。
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超塑加工具有很大的实用价值，只要很小 的压力就能获得形状非常复杂的制作。试想一 下，金属变成了饴糖状，从而具有了可吹塑和 可挤压的柔软性能，因此过去只能用于玻璃和 塑料的真空成型、吹塑成型等工艺被沿用过来， 用以对付难变形的合金。而这时所需的压力很 小，只相当于正常压力加工时的几分之一到几 十分之一，从而节省了能源和设备。