钛合金根据相的组成可分为三类:α合金,(α+β)合金和β合金,中国分别以TA、TC、TB表示。
α合金含一定量的稳定α相的元素,平衡状态下主要由α相组成。α合金比重小,热强性好、具有良好的焊接性和优yi的耐蚀性,缺点是室温强度低,通常用作耐热材料和耐蚀材料。α合金通常又可分为全α合金(TA7)、近α合金(Ti-8Al-1Mo-1V)和有少量化合物的α合金(Ti-2.5Cu)。
(α+β)合金含一定量的稳定α相和β相的元素,平衡状态下合金的组织为α相和β相。(α+β)合金有中等强度、并可热处理强化,但焊接性能较差。(α+β)合金应用广,其中Ti-6Al-4V合金的产量在全部钛材中占一半以上。
β合金含大量稳定β相的元素,可将高温β相全部保留到室温。β合金通常又可分为可热处理β合金(亚稳定β合金和近亚稳定β合金)和热稳定β合金。可热处理β合金在淬火状态下有很好的塑性,并能通过时效处理使抗拉强度达到130~140kgf/mm2。β合金通常作高强度高韧性材料使用。缺点是比重大,高,焊接性能差,切削加工困难。
钛是一种新的金属,钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关,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/立方厘米,熔点为1725℃,导热系数λ=15.24W/(m.K),抗拉强度σb=539MPa,伸长率δ=25%,断面收缩率ψ=25%,弹性模量E=1.078×105MPa,硬度HB195。
牌号 | 名义 化学成分 | 化学成分含量,% | |||||||||||||||
主要成分 | 杂质,不大于 | ||||||||||||||||
Ti | Al | Mo | V | Mn | Zr | Si | Nd | Fe | C | H | O | 其他元素 | |||||
单一 | 总和 | ||||||||||||||||
TA28 | Ti-3Al | 余 | 2.0~3.3 | 0.30 | 0.08 | 0.05 | 0.015 | 0.15 | 0.10 | 0.40 |
钛合金的优点:
重量轻;比强度高;耐金属疲劳;化学性能稳。
钛合金的缺点:
切削加工性差;温度超过400℃则强度降低(因此用于发动机的低温部分)。
钛合金难切削的主要原因:
热传导率低,dao尖易聚热;
切削热引起的高温造成粘结,导致dao具寿命降低;
与钢相比,钛合金弹性模量小,回弹效应可能引起高频颤振、擦痕和加工误差等问题。
钛合金在切削时应注意的事项有:
(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;工件安装时夹紧力不宜过大,必要时可增加辅助支承。
(2)如果使用含氢的切削液,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应力腐蚀开裂。
(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;切削后应及时用不含氯的清洗剂能清洗零件,清除含氯残留物。
(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。
(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,否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。
(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,dao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、二氧化碳灭火器,也不能浇水,因为水能加速燃烧,甚至导致氢爆炸。