钛合金在飞行器制造中的应用.ppt

*5.钛的工艺性能(1)切削加工性钛合金零件的机械加工比铝合金、结构钢困难得多。原因在于钛合金的特性，屈服极限与强度极限之比很高为0.85~0.95（钢0.65~0.75）；导热性较差；钛易粘附于刀具；高温下与气体的化学活性很强；合金元素的偏析使切削层性能不一等。第32页,共57页，星期六，2024年，5月*屈服极限与强度极限之比很高，使钛合金冷作硬化增高，即冷作硬化层增大，从而降低合金塑性，使刀具磨损加剧。基于这个因素，再加上导热性差，致使切削区温度升高，因而使合金的有害气体含量增加（特别是对于薄截面）。金属气体含量过高，切屑便无法塑性变形，而且收缩率变为负值。刀具前刀刃面与切屑的摩擦而迅速磨损，后刀刃面与加工表面也迅速磨损。金属基体，特别是零件表层的性能不一，促使刀具磨损。同时，即使在连续加工时也造成断续切削。第33页,共57页，星期六，2024年，5月*切屑与刀前表面的接触面积比钢小50~66%，而刀尖上的接触压力却增大同样的幅度，因而局部温度很高，足以引起氧化和形成薄的坚硬层，使切削加工困难。合金的导热性低，使刀刃难以导热和冷却。此外，刀刃前面不形成积屑，而加工钢时有积屑，它有利于导热。第34页,共57页，星期六，2024年，5月*钛合金表面有一层α硬壳，加工性很差。由于硬壳的硬度和厚度不均匀，对切削加工性影响也不相同。钛合金切削加工与钢的主要区别是增加进给量和切削深度时降低切削速度。切削速度应比钢降低2～3倍，以保证刀具的必要寿命。因此，生产率要降低。第35页,共57页，星期六，2024年，5月*第36页,共57页，星期六，2024年，5月*加工钛合金比加工钢一般要求更高的切削力，因此必须采用高刚性机床。切削力大而弹性模量低，会加大毛坯的弹性变形，很难制成尺寸精确的加工件。因此，零件的固定和加工必须使刀具相对于零件支点的扭矩和弯矩为最小。第37页,共57页，星期六，2024年，5月*钛合金的铣削采用中等进给量，铣削速度为14~18m/min。锯切时，采用有波纹形锯齿的锯条，齿距5~6mm。钛的磨削则有些困难，为防止金属温度升高及磨削工具与金属发生相互作用，磨削时严禁采用高速度。因此选择成分适宜的冷却液和把冷却液送至加工区的压力起着重要作用。金属钛的细屑被滑油油污后易自燃，钛的粉尘有爆炸危险。在熄灭正在燃烧的钛时，不能使用普通灭火剂（水、泡沫灭火剂和二氧化碳），必须使用镁火焰用的干砂、白云石灰以及适宜的灭火器。第38页,共57页，星期六，2024年，5月*(2)成形性能钛板的成形性能与其内部组织、力学性能以及变形条件有关。五十年代开始，在飞机结构上采用了钛板零件。由于钛屈服强度高，弹性模量低，因而回弹极大。这样，在钛板零件生产过程中便遇到了大量的成形问题。比如将一块厚度为1mm的退火TC4平板压入半径为100mm的弧形模中，取出时仍为平板。就其弹性大小而论，它超过了弹簧钢板。热压机床问世之前，美国北美航空公司曾组织了70多人的手工校形工段，专门解决零件的成形精度问题。第39页,共57页，星期六，2024年，5月*国内在开始生产钛零件时，碰到的问题也很多。原因是对铝板零件熟悉的钣金工和技术人员，对钛板成形却很不适应。首先下料切边工序就因剪刀刀刃磨损太快而成为难题；校形时锤头极易镦粗，敲修过程中锤头弹回很高，零件、模具上锤击印痕累累仍未能使零件贴模就范。难怪国内都把钛称为难成形材料，有人则称它是热成形材料，这是对钛板成形性能笼统的和偏于感性的评价。但这不应妨碍人们对其进行具体分析，掌握其特性，以便作出恰当的处理。第40页,共57页，星期六，2024年，5月*钛的主要成形性能可以归纳如下：钛板强度较高，要求成形机床的吨位较大，单位成形力高。在常温下钛的抗拉强度与屈服强度十分接近，因而决定了材料的塑性变形范围窄，成形过程中变形稍大就有可能产生破坏。这对拉弯和拉形等要求控制应力的成形工艺很不利。钛及其合金的弹性模量E小，仅为钢材的一半左右，因而反映冲压回弹大小的/E的比值比钢大得多；均匀延伸率δ值或稳定性指数n值较低，所以拉伸发生失稳前的应变较小。同时断面收缩率亦较低，而且波动范围大。因此容易发生破坏而出现废品，或只能作变形程度较小的零件。第41页,共57页，星期六，2024年，5月*钛板的弯曲能力差，只有普通材料的五分之一左右。凡有弯曲变形的工序（如闸压和橡皮成形），工件的弯曲半径都应加大。受压时的稳定性较低