一、前言

　　鈦及鈦合金分α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金三類。

　　鈦中同素異構(gòu)體，在溫度低于882℃時(shí)是密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱α鈦，在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱β鈦。鈦合金各種牌號(hào)是在鈦的兩種不同結(jié)構(gòu)組織中添加不同種類的數(shù)量合金元素而成。

　　鈦及鈦合金具有優(yōu)良的物理機(jī)械特性，比重小、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、超記憶、無磁性、彈性模量低、生物相容性好、低溫性能好、導(dǎo)熱系數(shù)小等。由于鈦及鈦合金具有一系列優(yōu)良的物理機(jī)械性能，因此在航天、航空、航海、船舶、石油、化工、汽車、醫(yī)療等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是，鈦及鈦合金某些物理機(jī)械性能給切削加工帶來了困難，是屬于難加工的金屬材料之一。必須考慮鈦的特性，選擇適合切削加工方法，掌握一定的加工技術(shù)，選擇好刀具材料，選擇最佳切削速度和切削量、切削液等，這樣對(duì)鈦及鈦合金切削加工就容易多了。

　　二、鈦及鈦合金切削加工的特點(diǎn)

　　1、密度小，強(qiáng)度高，比強(qiáng)度大

　　鈦的密度中４.51g/cm3為鋼的57%，只是鋼的一半多一點(diǎn)，是銅的50%，鋁的1.5倍。抗拉強(qiáng)度在－253～600℃范圍達(dá)1400mpa內(nèi)，它的比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度/密度）在金屬材料中幾乎最高。鈦合金的比強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍，是鋁合金的1.3倍，是鎂合金的1.7倍。

　　2、耐熱性高，導(dǎo)熱系數(shù)小

　　鈦合金在工作溫度可達(dá)500℃，在300～350℃溫度下鈦合金的強(qiáng)度比鋁高10倍。

　　鈦及鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)最小，僅為鋼的1/5，鎳的1/4，鋁的1/13，銅的1/25。鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，是鈦在切削加工性能不好的原因之一。在切削過程中產(chǎn)生的熱量難以消散，所產(chǎn)生的熱量大部分集中在刀口和工具傾面上，刀具磨損增大，縮短工具壽命。

　　又因?yàn)殁伒哪ゲ料禂?shù)大，同鋼相比，在切削加工中切削容易產(chǎn)生高溫，不易散熱，使刀具的磨損加速，切削加工產(chǎn)生的高溫難以向材料內(nèi)傳導(dǎo)，導(dǎo)致切削后溫度增高。

　　3、鈦的化學(xué)性能

　　鈦及鈦合金化學(xué)活性大，能與大氣中氫、氧、氮等起化合作用，鈦及鈦合金開始強(qiáng)烈吸收氫、氧、氮的溫度分別為300℃、500℃、600℃，這些元素與鈦及鈦合金表面作用后，形成了硬脆表層，深度可達(dá)0.1～0.15mm，硬化程度為20%～30%，所以鈦及鈦合金是屬于活性大的金屬材料之一。在切削加工時(shí)刃口和切屑在高溫高壓下接觸，刀具材料和被切削的鈦材的成份發(fā)生反應(yīng)，由于熔敷擴(kuò)散形成合金，在刀前面應(yīng)生粘附，并形月牙洼，加速刃具損壞，縮短工具壽命。可見氧對(duì)鈦及鈦合金的切削加工性能影響很大。

　　在切削鈦合金時(shí)刀尖應(yīng)力大，主切削力要比切削45號(hào)鋼小2/3，而切屑與前刀的接觸長(zhǎng)度都是45號(hào)鋼的50～60%。應(yīng)力是45號(hào)鋼的1.3倍，由于刀尖附近應(yīng)力集中，因而刀尖或切削刃容易磨損甚至損傷。

　　4、粘結(jié)和擴(kuò)散磨損

　　在切削時(shí)，切削條件要適當(dāng)，切削速度要低，進(jìn)刀量要大，正確選擇刀具材料，由于鈦及鈦合金的親和力大，而使摩擦表面的接觸點(diǎn)容易相互粘結(jié)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶走刀具材料而造成粘結(jié)磨損與鈦起化學(xué)作用，用1/9類硬質(zhì)合金切削時(shí)，切屑分yg類硬質(zhì)合金，生成碳化鈦（tic）層，同時(shí)也生成一些碳氧化合物，這一層沒有粘結(jié)劑（鈷）存在，所以碳化鈦是在沒有鈷的情況下被磨損掉的。硬質(zhì)合金中的碳又不斷擴(kuò)散，形成新的碳化鈦層，又不斷被磨損掉。因此擴(kuò)散而造成前刀面磨損過程，因鈦及鈦合金彈性模量小，彈性恢復(fù)大，在切削作用下，產(chǎn)生彈性恢復(fù)，大的回彈量將使刀具切削的實(shí)際后角減少，加劇后刀面與加工表面間的摩擦。

　　切削時(shí)應(yīng)盡量可能選擇與鈦合金化學(xué)親和力小的刀具材料，保持切削刃的鋒利程度，選擇合理的切削量。

　　三、鈦及鈦合金的切削刀具材料選擇

　　在切削鈦及鈦合金，刀具材料選擇基本要求是，要有足夠的硬度（冷硬性）、足夠的強(qiáng)度的韌性、足夠的耐磨性、足夠的耐熱性。

　　1、車削鈦及鈦合金

　　切削力不大，加工硬化也不嚴(yán)重，容易獲較好的表面光潔度。因切削溫度高，刀具磨損較大，刀具耐用度低，選擇車削鈦合金刀具材料（見表1）。

　　2、銑削鈦及鈦合金和刀具材料選擇

　　對(duì)鈦及鈦合金進(jìn)行銑削加工比車削加工困難。銑削過程中的不連續(xù)切削，使刀具承受沖擊載荷，加上刀齒熔敷切削造成的粘結(jié)，刀具易崩刃，銑刀切削刃區(qū)域粘結(jié)的鈦合金量與切屑的厚度成正比。當(dāng)?shù)洱X再次切入工件表面時(shí)，粘結(jié)的鈦合金剝落，從而使刀具出現(xiàn)磨損區(qū)。隨著粘結(jié)量的增大，磨損區(qū)也增大，嚴(yán)重時(shí)切削刃崩落，損壞銑刀。應(yīng)采用順銑，宜用直徑小，齒數(shù)多的銑刀，這樣減少偏斜和振動(dòng)。通常銑削鈦的銑刀刀齒的后角比普通銑刀大30～50%，如果崩刀，后角可取小些。

　　銑削鈦及鈦合金的立銑刀、圓柱銑刀、三面刃銑刀等一般都采用高速鋼制成，成形銑刀更是如此。常用材料為w12mo 3gr4 v3co5s2。

　　端銑刀可采用ys2（yg10h）和yg8硬質(zhì)合金刀片。由于ys2是超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，具有很高的強(qiáng)度和韌性，而且抗粘結(jié)能力強(qiáng)，因而銑削鈦及鈦合金的效果要比yg8好。