鈦合金的特性及加工中存在的難點

鈦合金具有很高的韌性、延展性，特別是強度遠遠超過其他金屬材料，可以制造出單位強度高、剛性好、質量輕的產品部件。鈦合金首先被應用于航空，1953年，美國道格拉斯公司第一次把鈦材應用于DC2T發動機吊艙以及防火壁上，取得了良好的效果。在航空航天領域，航空發動機的風扇、壓氣機、蒙皮、機身和起落架等部位最先使用鈦合金作為關鍵材料，使得飛機整體減重約30%~35%。鈦合金還成功應用于核潛艇的耐壓殼體、海水管路系統、冷凝器和熱交換器、排風扇的葉片、推進器和軸、彈簧、航母上的消防設備、螺旋槳、噴水推進裝置、舵等船用部件。此外，由于鈦合金具有良好的生物相容性、耐腐蝕性、力學性和加工性能，已經成為最適宜的生物醫學金屬材料，成功應用于人工膝關節、股關節、齒科植入體、牙根及義齒金屬支架等，其中，醫用植入物材料常用Ti6Al4V，Ti3Al-2.5V合金也因其有好的冷成型性、耐腐蝕及力學性能在臨床上被用作股骨和脛骨的替換材料。近些年來鈦合金被大量用于飛機上以代替鋁合金，其原因就是由于鈦合金的熱穩定性好，高溫強度高，在300~500℃下，其強度約比鋁合金高10倍，工作溫度可達500℃。對堿、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優越的抗腐蝕能力，同時鈦合金在潮濕的環境中以及海水介質中，對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力遠超不銹鋼。使用鈦合金加工制作的產品還具有硬度高、熔點高、無毒、無磁等特性。

鈦合金加工存在的難點：
（1）變形系數小：這在鈦合金材料的切削加工中是一個比較明顯的特征。在切削加工的過程中，切屑與前刀面接觸的面積太大，切屑在刀具的前刀面上行程比一般材料的切屑要大的多，在這樣長時間的行走會導致刀具磨損嚴重，而行走過程中還會發生摩擦導致刀具的溫度升高。
（2）切削溫度高：一方面前面提到的變形系數小會導致一部分的溫度升高。而鈦合金切削加工過程中切削溫度高主要方面還是因為鈦合金的導熱系數非常的小，且切屑與刀具的前刀面的接觸的長度短，在這些因素的影響下，切削過程中產生的熱量很難傳導出去，主要都存積在刀尖附近，造成局部溫度太高。
（3）鈦合金的熱導率很低：切削產生的熱量不易散出。鈦合金的車削過程是一個大應力大應變的過程，會產生大量的熱量，在加工時所產生的高熱量不能有效擴散，同時刀具的切削刃和切屑的接觸長度短，使熱量大量聚集在切削刃上，溫度急劇上升，刀刃軟化，加快刀具磨損。
（4）鈦合金的化學性能很大：高溫下，鈦合金很容易與刀具材料起反應加速了月牙洼的形成。但是鈦合金的切削過程基本上是在高溫下進行的。當切削溫度高到一定的程度時，空氣中的氮氧等分子與鈦材料能夠容易地產生化學作用，導致生成了一種脆硬表皮。而且在鈦材料的切削過程中工件的已加工表面所發生的塑性變形導致了冷硬現象的產生，在工件材料的已加工表面發生硬化現象。這些現象都能夠使得刀具的磨損加劇、鈦材料的疲勞強度受到降低。
（5）刀具極易磨損：刀具的磨損是很多綜合因素共同作用的結果，在鈦合金材料的切削加工過程中，極易造成刀具的崩刃現象產生，鈦材料在高溫的條件下一般都表現出刀具材料之間化學親和性比較強，還有就是高溫下刀具與鈦合金材料容易發生粘結現象，這些都導致刀具的使用壽命太短。所以鈦合金材料的切削必須注意的兩個方面，就是保持低的切削溫度和提高刀具/被切削材料的剛度，涂層刀具就是一種提高刀具剛度的辦法。