薁钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，

　　称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到

　　不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：

　　袆(1)α钛合金：它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，

　　组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理

　　芃(2)β钛合金：它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，

　　室温强度可达1372～1666MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。

　　蒃(3)α+β钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，

　　能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高

　　薀三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+p钛合金次之，β钛合金最

　　羅钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其

　　强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1800℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度

　　节(1)比强度高：钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度

　　钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单

　　位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

　　TC8的ζb达706MPa，在500℃时TC9的ζb达785MPa。这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝

　　合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

　　蚈(3)抗蚀性好：钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗

　　力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀

　　蒃(4)低温性能好：钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。在-100℃和-196℃时TA4的ζb分别为893MPa

　　ζb分别为1511MPa和1785MPa。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。

　　肁(5)化学活性大：钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于

　　0.2％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形

　　成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达

　　袀钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度

　　只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切

　　膆(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大

　　蚂(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时

　　产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可

　　袃 (3) 单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小 20％，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切

　　削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振

　　羀 (4) 冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同

　　时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合

　　薆 (5) 刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得

　　切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上

　　切削力大的条件下， 刀具很容易产生粘结磨损。 车削钛合金时， 有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重； 进给量 f0.1

　　mm/r 时，磨损主要发生在后刀面上；当 f0.2 mm/r 时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面

　　薁切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲

　　和性差的刀具材料， YG 类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬

　　肀 涂层刀片和 YT 类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复

　　M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。

　　羇采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，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下，切削

　　速度可达 200 m/min ；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为 100m/mi n。

　　莀 (1) 前角 γ 0：钛合金切屑与前刀面的接触长度短，前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力不至于

　　过分集中在切削刃附近，改善散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。一般取 γ 0=5°～ 15°。

　　膀 (2) 后角 α 0：钛合金已加工表面弹性恢复大、 冷硬现象严重， 采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、 粘附、粘结、

　　撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大于等于 15°。

　　莈 (3) 主偏角 κ r 和副偏角 κ ′r ：切削钛合金时切削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许的条件下，应尽

　　量减小主偏角， 以增加切削部分的散热面积和减小切削刃单位长度上的负荷， 一般采用 κ r=30 °，粗加工时取 κ r=45 °。

　　减小副偏角可以加强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，一般取 κ ′ r =10 °～ 15°。

　　蒄 (4) 刃倾角 λ s：由于毛坯有硬皮和表层组织不均匀，粗车时切削刃容易崩损，为了增加切削刃的强度和锋利程度，

　　应加大切屑的滑动速度，一般取 λ s =-3 °～ -5 °，精车时 λ s =O °。

　　蒃 (5) 刀尖圆弧半径 r ε ：切削钛合金时刀尖是最薄弱的部分， 容易崩掉和磨损， 需磨出刀尖圆弧，一般 r ε =0.5 ～ 1.5mm。

　　蒅另外，刀具刃磨质量对提高其耐用度也十分重要。硬质合金刀具宜用金刚石砂轮刃磨，切削时刃口必须锋利，前后

　　刀面的表面粗糙度 Ra 值应小于 0.4um，刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨后进行研磨，其耐用度可提高 30％。

　　膂切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因此应力求使所选择的

　　切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的最佳切削温度约为 480℃～ 540℃，硬质合金刀具

　　约为 650℃～ 750℃。切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。

　　艿 (1) 切削速度 Vc：切削速度对刀具耐用度影响最大，最好能使刀具在相对磨损最小的最佳切削速度下工作。切削不

　　同牌号的钛合金，由于强度差别较大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也有一定影响，应根据不同的切削深

　　羁 (2) 进给量 f ：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的进给量，一般取

　　f=0.1 ～0.3 mm/r 。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，

　　荿 (3) 切削深度 α p：切削深度对刀具耐用度的影响最小，一般选用较大的切削深度，这样不仅可以避免刀尖在硬化层

　　内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散热，一般取 α p=1～ 5 mm。

　　螀切削钛合金时，为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液。对切削液的要求有导热

　　系数大、比热大、热容量大、汽化热大、汽化速度快、流量大、流速快。一般说来，水比油的导热系数大 3～5 倍，比热

　　大 1 倍，汽化热几乎大 10 倍左右，故用水溶性切削液较为合适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有极压添加

　　芅对于钻孔、扩孔、铰孔、拉削、攻丝等工序，应该采用润滑作用较大的极压可溶性油作切削液，如蓖麻油、油酸、

　　肃冷却润滑的方法最好采用高压喷雾冷却法、高压内冷却法等，这样才可起到良好的冷却、润滑作用。切削液流量不

　　蚆 (1) 由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧

　　螅 (2) 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，被钛吸收引起氢脆；也可能引起钛合金高温

　　莃 (3) 切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应

　　蝿 (4) 禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。

　　肇 (5) 与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则

　　膃 (6) 一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了

　　避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进

　　给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧

　　袈 钛合金在惰性气体介质中低速铣削时，切屑变形系数大于 1.0 ；但在大气中，铣削速度 Vc=30 m/min 时，切屑变形

　　系数小于 1.0 ，这是因为钛合金在高温铣削时，对大气中氧和氮的亲和性很大，在 800℃高温条件下，钛合金的切屑便激烈地

　　从周围大气中吸收这些气体，产生相变并使缩短的铣屑重新伸长。钛合金铣削时温度很高，冲击力大，应选用能很

　　好地承受交变载荷和热冲击的铣刀刀齿材料。通常选用 YG 类硬质合金，也可用钴、铝超硬高速钢。

　　袅铣削钛合金时，宜采用不对称顺铣法，这样刀齿前面远离刀尖部分首先接触工件，刀齿切离时的切屑很薄，不易粘

　　结在切削刃上。而逆铣时正相反，容易粘屑，当刀齿再次切入时切屑被碰断，造成刀具材料剥落崩刃。

　　袁 端铣刀与工件轴线间的偏移量 e 可决定铣刀刀齿与工件首先接触的最佳部位， 顺铣或逆铣及切离时切屑厚度的大小，一

　　羈由于钛合金的弹性模量小，顺铣造成让刀现象，要求机床和刀具有较大的刚性。铣削时刀具与切屑的接触长度短，

　　不易卷屑，要求刀具具有较好的刀齿强度及较大的容屑空间，否则切屑堵塞会造成刀具剧烈磨损。

　　莃钻孔为半封闭式切削，对钛合金钻孔过程中切削温度很高，钻孔后回弹大，钻屑长而薄，易粘结而不易排出，经常

　　造成钻头被咬住、扭断等恶性事故。因此要求钻头具有高的强度和好的刚性，钻头与钛合金的化学亲和性要小，最好采

　　用硬质合金钻头，但目前最常用的仍是麻花钻，经过采取一些措施改进后，也能取得较好的效果。

　　蚀 (1) 改进钻头：为满足对钛合金钻孔的需要，应对麻花钻采取以下改进措施：

　　肈 加大钻头顶角， 2Ф =135°～ 140°；增大钻头外缘处后角，取 12°～ 15°；增大螺旋角， p=35°～ 40°；增大钻心

　　羆 采用“ S”形或“ X”形修磨钻头横刃，横刃长度 b=(0.08 ～0.1)do ，同时保证横刃的对称度≤ 0.06 mm。两种形式的

　　肅 最常用的是在麻花钻上磨出适于对钛合金钻孔的切削刃形，即钛合金群钻，其切削部分的形状见图 7-1 。图中外内

　　膈在钻头上做出四条导向刃带，加大钻头截面惯性矩，提高刚性，还自然地形成两条辅助冷却槽，耐用度比标准钻头

　　提高 3 倍左右，切削温度约降低 20％。同时由于导向稳定减小了孔扩张量， 如 Ф3 mm的四刃带钻头钻孔孔扩张量为 0.03 ～

　　莇 (2) 选择适宜的枪钻：在钻钛合金长径比大于 5 的深孔时，当孔径小于等于 30 mm时，一般采用硬质合金枪钻，见

　　图 7-2 ；当孔径大于 30 mm时，采用硬质合金 BTA 钻头或喷吸钻等。用图 7-2 所示枪钻钻削 TC11 的孔，孔深 204 mm(长

　　径比约为 26) ，可保证表面粗糙度 Ra 为 1.6 μ m，生产率提高 4 倍，切屑呈“梅花”形或“ C”形碎屑，排屑正常。

　　薃 用硬质合金枪钻钻长径比大于 30 的深孔时，在轴向施加小于 100Hz 的振动进行振动钻孔，可使得工件表面粗糙度

　　蒂 (3) 选择合适的切削液： 钻浅孔时可选用电解切削液， 其成分为癸二酸 7％～ 10 ％，三乙醇胺 7％～ 10％，甘油 7％～

　　芈钻深孔时不宜选用水基切削液，因为水在高温下可能在切削刃上形成蒸汽气泡，易产生积屑瘤，使钻孔不稳定。宜

　　采用 N32 机油加煤油，其配比为 3:1 或 3:2 ，也可采用硫化切削油。

　　芄 用高速钢和 YG类硬质合金制作的铰刀都可用于钛合金零件上铰孔。高速钢铰刀主要用于纯钛铰孔， YG类硬质合金

　　铰刀主要用于钛合金铰孔。钛合金铰刀有直齿铰刀、阶梯铰刀和带刃倾角的阶梯铰刀三种，直齿铰刀铰出的工件孔径最

　　大，阶梯铰刀次之，带刃倾角的阶梯饺刀最小。阶梯铰刀的第一锥在切削的同时为第二锥起了导向作用，也为第二锥留

　　下了极为稳定的余量，实际上起到了粗铰和精铰的作用；带刃倾角的阶梯铰刀在刃倾角的作用下，提高铰孔过程的平稳

　　性，并使切屑向下排出，不会摩擦、划伤孔壁，因而铰出的孔径精度比阶梯铰刀更高些。

　　膁 钛合金铰刀的几何参数一般选用前角 γ 0=0°～ 5°，硬质合金铰刀取小值；后角 α 0=10°～ 15°；切削锥角 κ

　　r=15 °～ 30°。阶梯铰刀的第二锥角为 15°，刃倾角 λ s=-15 °。为了加大钛合金铰刀的容屑空间，齿数应少于标准铰刀，

　　齿槽角 δ =85°～ 90°。各种钛合金铰刀参数见图 7-3 、图 7-4 和图 7-5 。

　　莈 钛合金铰刀的直径由铰出孔的扩张量大小来确定，一般高速钢铰刀扩张量取 0.008mm，硬质合金铰刀扩张量取

　　膈 对钛合金铰孔时，粗铰余量 2α p=0.15 ～ 0.5 mm，精铰余量 2α p =0.1 ～ 0.4 mm，直径小时取小值，反之取大值。

　　硬质合金铰刀的切削用量 Vc=15～50 m/min ， f=0.1 ～0.5mm/r ，铰孔直径大时取大值，反之取小值。高速钢铰刀的铰削用量

　　蚂 铰削钛合金时，最好使用切削液，常用的是电解切削液或混合油 ( 成分为蓖麻油 60％和煤油 40％) 。

　　莈首先，根据钛合金材料的特性和切削特点，在拉刀设计时应注意以下几个方面的问题：

　　莅 (1) 拉刀的前后角直接影响拉刀的切削效果。用高速钢制作的拉刀前角一般取 γ 0=10°～ 20°，硬质合金拉刀 γ

　　0=8°～ 15°。用于外拉的拉刀切削齿后角 α p =10 °～ 12°，校准齿后角 α k =8 °～ 10°；用于内拉的切削齿后角 α p

　　=5°～ 8°，校准齿后角 α k=2°～ 3°；高速钢和硬质合金拉刀的这两个后角相同。对于粗拉刀前后角用小值，精拉刀用大值。

　　蒄 (2) 钛合金拉刀只要条件允许应尽可能做出刃倾角，一般取 λ s=5°～ 10°。

　　蒈 (4) 校准齿上尽可能不留刃带，若需要时，其宽度应小于等于 0.12 mm。

　　螆 (5) 由于钛合金的弹性模量小，加工后回弹大，开槽拉刀刀齿宽度至少应等于或稍大于槽宽的下限尺寸，以免拉出

　　薇 再就是选用合理的拉削用量， 在保证刀具耐用度的前提下提高生产效率。 高速钢拉刀的拉削速度 Vc=4.5 ～6 m/min，粗

　　膇 拉削钛合金工件时必须使用切削液，一般采用油基切削液，常用的是混合油 ( 蓖麻油 60％，煤油 40％) 。还可选用

　　另一种切削油，其成分为：聚醚 30％，酯类油 30％， N7 机械油 30％，防锈添加剂和抗泡沫添加剂 10％。