寶雞鈦鍛件廠家談TC17鈦合金的應用及加工特點

寶雞市利泰有色金屬有限公司（簡稱：利泰金屬），公司主營TA1鈦棒、TA2鈦棒、TA9鈦棒、TA18鈦棒、TA15鈦合金棒、TA19鈦合金棒TC4鈦合金棒、TC11鈦棒、TC6鈦棒、TC17鈦棒、TB6鈦棒、TC18鈦合金棒、TC19鈦棒、TC21鈦棒、TC2鈦棒、外科植入用鈦鈦合金TC20（Ti-6Al-7Nb）、TC26(Ti-13Nb-13Zr)、Ti-6AL-4V ELI、鎳、鉬、鉭、鋯Zr702、鋯合金Zr704、Zr705等稀貴金屬材料；管、棒、絲、帶、板、箔、網(wǎng)、餅、環(huán)及合金制品；鈦網(wǎng)籃、鈦法蘭、鈦螺母鈦過濾器、鈦泵、鈦盤管、陽極、各種非標設備及配件。近年來，利泰金屬在保持常規(guī)鈦合金材料的生產(chǎn)銷售的基礎上，不斷緊跟行業(yè)趨勢，探索Ti80、Ti31、Ti75、TC17、TC21等小牌號鈦合金，在海洋工程、航空航天工業(yè)的應用，由于各類新鈦合金材料，具有特殊的性能與應用，利泰金屬將在后期不斷推送相關新牌號鈦合金的相關知識，以下結合資料，將TC17鈦合金在航空鈦合金鍛件的應用于加工特點，分享如下：

1、航空航天鈦合金鍛件用TC17鈦合金的應用

鈦是同素異構體，熔點為1720℃，在低于882.5℃時呈密排六方晶格結構，稱為α鈦，在882℃以上呈體心立方晶格結構，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種不同結構的各自特點，添加Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si等合金元素可得到不同類型的鈦合金。

根據(jù)組織結構不同，鈦合金可以分為以下3大類：

(1)α鈦合金。α鈦合金組織穩(wěn)定，有很好的高溫性能和良好的焊接性，但強度低，熱加工性差。

(2)β鈦合金。β鈦合金的室溫強度高，有良好的塑性，但其耐熱性和焊接性都較差。

(3)α+β鈦合金。α+β鈦合金的強度介于α鈦合金與β鈦合金之間，其綜合機械性能較好。

就切削加工性而言，α鈦合金的切削加工性能最好，最容易切削，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。各個國家都對鈦合金有著不同編號，我國采用TA代表α鈦合金，TB代表β鈦合金，TC代表α+β鈦合金。

TC17鈦合金是一種近β型合金，名義成分是Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，具體成分如表1.1所示。材料中Al、Sn和Zr的加入強化了α相，改善了蠕變抗力，緩和了β相的時效特征，Mo和Cr元素確保大截面的熱處理和淬透性。TC17變形鈦合金在強度、淬透性、疲勞和斷裂韌性方面可以達到很好的平衡。

表1.2為3種α+β鈦合金的物理參數(shù)對比[3]。從表1.2可以看出，相比常見的鈦合金TC4，TC17在抗拉強度和硬度方面與之有較大不同，抗拉強度比TC4大了約270MPa，而硬度值比TC4和TC11分別高了10HRC和7HRC，這些與TC4不同的物理特性決定了其切削加工性更差。

TC17具有良好的綜合性能，在各種航空發(fā)動機的風扇和壓氣機盤件上已經(jīng)得到廣泛的應用。但是在實際加工時效率比較低，切削速度還在低速范圍（<50m/min）之內，極大的影響了鈦合金TC17的應用，所以提高其加工效率，研究其高速切削是其重要任務。

2、TC17鈦合金的切削加工特點

鈦合金TC17因其許多優(yōu)秀的特性而在航空領域有著廣泛應用，但是，鈦合金是一種典型的難加工材料，有著同其他鈦合金共同的難切削加工特性：導熱系數(shù)小、高溫化學活性大、彈性模量低、與其他金屬材料摩擦系數(shù)大等。目前，國內外有許多學者針對鈦合金的難加工特性研究了一些特殊加工方式，并取得一些成果。但傳統(tǒng)的切削加工方式仍然無可取代，車、銑等傳統(tǒng)加工方式仍然是其最主要的加工方式。

切削加工鈦合金TC17的困難主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）鈦合金TC17比強度高，硬度值比普通鈦合金要高，所以要求加工的設備有較大功率，切削用的刀具應具有較高的強度和硬度。

（2）刀尖處應力大；與45鋼比，切削鈦合金的力只有其2/3～3/4，但是鈦合金切削時切屑和前刀面之間的接觸面積更小，和45鋼相比，只有其1/2～2/3，刀具切削刃上的單位應力便會更大，刀尖和切削刃更容易發(fā)生磨損。

（3）鈦合金TC17有較大摩擦系數(shù)但是其導熱率很低（只有8.2W/m·K），和常見鈦合金TC4相當；切削熱積在切削刃處很小的區(qū)域內不易散發(fā)，導致鈦合金切削時溫度非常高，加快了刀具磨損。

（4）鈦合金TC17的彈性模量比較低（為112GPa），已加工表面回彈大，也會加劇刀具后刀面的磨損。

（5）鈦合金TC17在高溫條件下有很高的化學活性，在切削加工時易與空氣中的O、N等元素發(fā)生反應，生成的硬化層會加劇刀具磨損。

（6）鈦合金TC17切削加工時，工件材料極易與刀具表面粘結；在高溫和壓力作用下還會發(fā)生刀具與工件的擴散，擴散也是致使刀具磨損加劇的因素之一。

綜上所述，TC17鈦合金作為一種性能優(yōu)良的材料，在航空航天工業(yè)和其他工業(yè)部門用途廣泛，但加工效率和加工成本成為了影響其應用的瓶頸。目前在實際生產(chǎn)中鈦合金切削加工效率還比較低，采用普通刀具切削鈦合金其速度還停留在低速范圍之內，國內在TC17鈦鍛件切削加工性的研究方面，應用的加工速度普遍低于50m/min，較低的切削速度限制了TC17的加工效率，而TC17在高速下的加工性能還存在一些問題，如相關研究較少、高速加工缺少數(shù)據(jù)支撐和高速切削時刀具磨損嚴重等。所以，在提高切削速度和加工效率的前提下延長刀具壽命是鈦合金TC17切削加工研究中的首要任務，為此，必須研究鈦合金TC17的高速切削加工性。