钛合金制造与扩散研究生论文范文

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，但由于其切削性差，长期以来在很大程度上制约了它的使用。随着工艺技术的发展，近年来钛合金已广泛使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。但是钛合金导热性差致使切削温度很高，在切削过程中的这些特点使其变得十分困难，下面简单介绍下钛合金的各种切削工艺有哪些特点：（1）车削工艺钛合金车削易获得较好的表面粗糙度，硬化不严重，但切削温度高刀具磨损快。针对这些特点主要在刀具、切削参数方面采取以下措施：合适的刀具前后角、刀尖磨圆、较低的切削速度、适中的进给量、较深的切削深度、专用切削油充分冷却；车外圆时刀尖不能高于工件中心，否则容易扎刀；精车及车削薄壁件时，刀具主偏角要大。（2）铣削工艺钛合金铣削比车削困难，因为铣削是断续切削，并且切屑易与刀刃发生粘结，当粘屑的刀齿再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料形成崩刃，极大地降低了刀具的耐用度。因此对钛合金铣削采取措施：一般采用顺铣、使用高速钢刀具、使用专用钛合金切削油、从工件装夹及设备方面提高工艺系统刚性。（3）磨削工艺磨削钛合金零件常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。其原因是钛合金的导热性差，使磨削区产生高温，从而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。粘屑和砂轮堵塞导致磨削比显著下降，扩散和化学反应的结果，使工件被磨表面烧伤，导致零件疲劳强度降低，这在磨削钛合金铸件时更为明显。为解决这一问题采取的措施是：选用绿碳化硅砂轮材料、稍低的砂轮速度、稍小的进给量、用低粘度磨削油充分冷却。（4）钻削工艺钛合金钻削比较困难，常在过程中出现烧刀和断钻现象。这主要是由于钻头刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等几方面原因造成的。因此在钛合金钻削加工中须注意以下几点：选用高速钢硬质合金刀具、勤退刀并及时清除切屑、使用专用深孔钻切削油、提高工艺系统刚性。（5）铰削工艺钛合金铰削时刀具磨损不严重，使用硬质合金和高速钢铰刀均可。使用硬质合金铰刀时，要采取类似钻削的工艺系统刚度，防止铰刀崩刃。钛合金铰孔时出现的主要问题是铰孔不光，可采取以下解决措施：修窄铰刀刃带宽度以免刃带与孔壁粘结、切削刃磨损后要及时修磨、必要时可加大校准部分倒锥。（6）攻丝工艺钛合金攻丝主要因为切屑细小，易与刀刃及工件粘结，造成表面粗糙度值大扭矩大。攻丝时丝锥选用不当及操作不当极易造成硬化，效率极低并时有丝锥折断现象。其解决办法如下：优先选用跳牙丝锥、切削锥部分磨出负倾角、先粗钻再用扩孔钻扩孔、尽量采用机攻避免硬化。

TC11属于国标钛合金，执行标准：GB/T 2965-2007

TC11钛合金的名义成分为，是一种α-β型钛合金耐热钛合金，铝当量为，钼当量为。该合金还具有良好的热加工工艺性(包括常规工艺性能和超塑性)，可以进行焊接和各种方式的机加工。该合金的β热处理及等温锻已获得迅速的发展。该合金对热盐应力腐蚀也存在着一定的敏感性。该合金主要用于制造航空发动机的压气机盘、叶片、鼓筒等零件，也可用于制造飞机结构件。通过α-β区的热变形和热处理，该合金的最高长期工作温度为500℃。生产的半成品有棒材、锻件和模锻件等。TC11钛合金是我囯空应用较广的高温钛合金，最高使用温度500℃，主要应用在航空发动机压气机的零部件，如叶片、盘件、鼓筒和轴类等。也可以制成异形铸件，制件的使用工作条件为，在退火状态可用于500℃以下500小时和550℃以下100小时以及450℃以下1000小时，在强化处理状态可用于500℃以下100小时工作的零件和在700℃以下一次性工作的零件。

TC11化学成分如下图：

TC11钛合金型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种[26,30]：Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能；Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上；β21S（），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为的箔材；日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000%，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件；俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上。