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鈦的材料特性和加工

發(fā)布日期:2017-07-05 瀏覽次數(shù)：

       特性一、鈦及鈦合金的特性 　
　   鈦及鈦合金具有許多優(yōu)良特性，主要體現(xiàn)在如下幾個方面： 　
  　 1.強(qiáng)度高。鈦合金具有很高的強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度為686—1176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，所以比強(qiáng)度很高。　
　   2.硬度較高。鈦合金(退火態(tài))的硬度HRC為32—38。    3.彈性模量低。鈦合金(退火態(tài))的彈性模量為1.078×10－1.176×10MPa，約為鋼和不銹鋼的一半。 　　4.高溫和低溫性能優(yōu)良。在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機(jī)械性能，其耐熱性遠(yuǎn)高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550—600℃；在低溫下，鈦合金的強(qiáng)度反而比在常溫時增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在－253℃時還能保持良好的韌性。 　　5.鈦的抗腐蝕性強(qiáng)。鈦在550℃以下的空氣中，表面會迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，故在大氣、海水、硝酸和硫酸等氧化性介質(zhì)及強(qiáng)堿中，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。 　　二、鈦及鈦合金的加工性能 　　1.切削加工性能
　　鈦合金強(qiáng)度高、硬度大，所以要求加工設(shè)備功率大，模具、刀具應(yīng)有較高的強(qiáng)度和硬度。切削加工時，切屑與前刀面接觸面積小，刀尖應(yīng)力大。與45鋼相比，鈦合金的切削力雖然只有其2/3—3/4，可是切屑與前刀面的接觸面積卻更小(只有45鋼的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的應(yīng)力反而更大，刀尖或切削刃容易磨損；鈦合金摩擦因數(shù)大，而熱導(dǎo)率低(分別僅為鐵和鋁的1/4和1/16)；刀具與切屑的接觸長度短，切削熱積聚于切削刃附近的小面積內(nèi)而不易散發(fā)，這些因素使得鈦合金的切削溫度很高，造成刀具磨損加快并影響加工質(zhì)量。由于鈦合金彈性模量低，切削加工時工件回彈大，容易造成刀具后刀面磨損的加劇和工件變形；鈦合金高溫時化學(xué)活性很高，容易與空氣中的氫、氧等氣體雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬化層，同時進(jìn)一步加劇了刀具的磨損；鈦合金切削加工中，工件材料極易與刀具表面粘結(jié)，加上很高的切削溫度，所以刀具易于產(chǎn)生擴(kuò)散磨損和粘結(jié)磨損。 　　2.磨削加工性能 　　鈦合金化學(xué)性質(zhì)活潑、在高溫下易與磨料親和并粘附，堵塞砂輪，導(dǎo)致砂輪磨損加劇，磨削性能降低，磨削精度不易保證。砂輪磨損同時也增大了砂輪與工件之間的接觸面積，致使散熱條件惡化，磨削區(qū)溫度急劇升高，在磨削表面層形成較大的熱應(yīng)力，造成工件的局部燒傷，產(chǎn)生磨削裂紋。鈦合金強(qiáng)度高、韌性大，使磨削時磨屑不易分離、磨削力增大、磨削功耗相應(yīng)增加。鈦合金熱導(dǎo)率低、比熱小、磨削時熱傳導(dǎo)慢，致使熱量積聚在磨削弧區(qū)，造成磨削區(qū)溫度急劇升高。　　3.擠壓加工性能 　　對鈦及鈦合金進(jìn)行擠壓加工時，要求擠壓溫度高，擠壓速度快，以防溫降過快，同時應(yīng)盡量縮短高\(yùn)溫坯錠與模具的接觸時間。因此擠壓模具應(yīng)選用新型耐熱模具材料，坯錠由加熱爐到擠壓筒的輸送速度也要快。鑒于在加熱和擠壓過程中金屬易被氣體污染，故還應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。擠壓時應(yīng)選擇合適的潤滑劑，以防粘結(jié)模具，如采用包套擠壓和玻璃潤滑擠壓。因鈦及鈦合金的變形熱效應(yīng)較大，導(dǎo)熱性較差，故在擠壓變形時還要特別注意防止過熱現(xiàn)象。鈦合金的擠壓過程比鋁合金、銅合金、甚至鋼的擠壓過程更為復(fù)雜，這是由鈦合金特殊物理化學(xué)性能所決定的。鈦合金在常規(guī)熱反擠成形時，模具溫度低，與模具接觸的坯料表面溫度迅速下降，而坯料內(nèi)部因變形熱而溫度升高。由于鈦合金熱導(dǎo)率低，表層溫度下降后，內(nèi)層坯料熱量不能及時傳輸?shù)奖韺友a(bǔ)充，會出現(xiàn)表面硬化層，而使得變形難以繼續(xù)進(jìn)行。同時，表層與內(nèi)層會產(chǎn)生很大的溫度梯度，即使能成形，也容易造成變形和組織不均勻。 　　4.鍛壓加工性能 　　鈦合金對鍛造工藝參數(shù)非常敏感，鍛造溫度、變形量、變形及冷卻速度的改變都會引起鈦合金組織性能的變化。為更好地控制鍛件的組織性能，近幾年，熱模鍛造、等溫鍛造等先進(jìn)的鍛造技術(shù)在鈦合金的鍛造生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。 　　鈦合金的塑性隨溫度升高而增大，在1000—1200℃溫度范圍內(nèi)，塑性達(dá)到最大值，允許變形程度達(dá)70%—80%。鈦合金鍛造溫度范圍較窄，應(yīng)嚴(yán)格按(α+β)/β轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行掌握(鑄錠開坯除外)，否則β晶粒會劇烈長大，降低室溫塑性；α鈦合金通常在(α+β)兩相區(qū)鍛造，因(α+β)/β相變線以上鍛造溫度過高，將導(dǎo)致β脆相，β鈦合金其始鍛和終鍛都必須高于(α+β)/β轉(zhuǎn)變溫度。鈦合金的變形抗力隨變形速度的增加提高較快，鍛造溫度對鈦合金變形抗力影響更大，因此常規(guī)鍛造必須在鍛模內(nèi)冷卻最少的情況下完成。間隙元素(如O、N、C)的含量對鈦合金的鍛造性也有顯著影響。
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