1、鈦(tai)合金的分類

　　麥(mai)克格維倫在1956年，以退火態的(de)差(cha)異對鈦合金(jin)進行了(le)嚴格的(de)區(qu)分(fen)，劃定(ding)了(le)不同的(de)類型，主要劃分(fen)為三類：α、β和(he)α+β等三類鈦合金(jin)。

　　TC4（Ti-6Al-4V）屬于(yu)α+β相(xiang)結構，屬于(yu)用量最(zui)大的鈦合金(jin)，也(ye)是性能數據最(zui)全的鈦合金(jin)，鋁(lv)和釩元(yuan)(yuan)素是TC4（Ti-6Al-4V）所(suo)含的主要合金(jin)元(yuan)(yuan)素，鋁(lv)是α穩定化(hua)元(yuan)(yuan)素，釩是β穩定化(hua)元(yuan)(yuan)素。

　　2、加工工藝(yi)特性

　　TC4鈦合金(jin)(jin)加工(gong)難(nan)度非常大，鈦及(ji)鈦合金(jin)(jin)的(de)綜(zong)合工(gong)藝(yi)在(zai)結晶組織、物理特(te)(te)性和化(hua)學特(te)(te)性等方(fang)面，與鋼、鋁(lv)合金(jin)(jin)以(yi)及(ji)很(hen)多重金(jin)(jin)屬有很(hen)大的(de)不同，以(yi)下三個方(fang)面的(de)因素決(jue)定(ding)了鈦合金(jin)(jin)是一(yi)種(zhong)不好加工(gong)的(de)金(jin)(jin)屬。

　　（1）由于其化學(xue)成分的(de)不(bu)穩定。TC4鈦合金在熱變形下(xia)就(jiu)會(hui)與(yu)氧(yang)氣和(he)氮氣發生(sheng)(sheng)化學(xue)反應(ying)，甚至(zhi)還會(hui)與(yu)一些(xie)含氧(yang)氣體發生(sheng)(sheng)化學(xue)反應(ying)，反應(ying)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)氧(yang)化皮附在工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)上(shang)(shang)，如果溫度(du)更高(gao)一些(xie)，達到900℃以上(shang)(shang)時，附在工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)的(de)氧(yang)化皮就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)鱗(lin)片(pian)，這樣氧(yang)元(yuan)素和(he)氮元(yuan)素就(jiu)很(hen)有(you)可能向金屬內部進行滲透(tou)擴散，最(zui)終(zhong)就(jiu)會(hui)形成表(biao)面(mian)(mian)吸氣層。硬度(du)較高(gao)、塑性較低是這種吸氣層的(de)特點(dian)。

　　（2）滲(shen)碳體(ti)在金相組織中的(de)表(biao)現屬(shu)于一種復雜的(de)Fe-C化合物，維氏硬度(du)最高(gao)可以達(da)到 HV1100的(de)樣(yang)子，而沖擊韌度(du)幾乎沒有。

　　（3）導(dao)(dao)熱(re)(re)性不(bu)高：鈦合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)導(dao)(dao)熱(re)(re)率(lv)如(ru)果和鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)等其他合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)來比較的(de)(de)(de)話只有鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)導(dao)(dao)的(de)(de)(de)大(da)概(gai)1/15，鋼(gang)的(de)(de)(de)大(da)概(gai)1/5。鈦合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)導(dao)(dao)溫率(lv)和導(dao)(dao)熱(re)(re)率(lv)相比于鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)、鋼(gang)來說，低很(hen)多，都只有鋁合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)大(da)概(gai)1/15，鋼(gang)的(de)(de)(de)大(da)概(gai)2/7，對一些鈦合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)零件表面加工質量的(de)(de)(de)影響是比較大(da)的(de)(de)(de)。

　　3、磨削特性

　　因(yin)為鈦合(he)金具有強度高(gao)(gao)、熱穩定(ding)性好、高(gao)(gao)溫強度高(gao)(gao)、化(hua)學活性大(da)、熱導率低、彈性模量低等材(cai)料特性，所以磨削(xue)(xue)起來非(fei)常(chang)困難(nan)(nan)，屬于最(zui)難(nan)(nan)加工(gong)材(cai)料之一，也因(yin)為這樣，它(ta)的(de)(de)推廣(guang)應用范圍(wei)非(fei)常(chang)受限，就(jiu)是(shi)因(yin)為鈦合(he)金的(de)(de)磨削(xue)(xue)加工(gong)性能表現很差，磨削(xue)(xue)加工(gong)的(de)(de)時候存在這樣那(nei)樣的(de)(de)難(nan)(nan)題。

　　TC4鈦合金(jin)主要磨削特(te)征(zheng)如下：

　　（1）砂輪的(de)粘(zhan)(zhan)(zhan)結問題(ti)嚴重。砂輪表(biao)面(mian)粘(zhan)(zhan)(zhan)附有鈦合金，粘(zhan)(zhan)(zhan)結表(biao)層像(xiang)煙霧一(yi)樣，主要原(yuan)因是粘(zhan)(zhan)(zhan)附物(wu)在磨(mo)(mo)削過(guo)程中(zhong)脫落，這樣一(yi)來就(jiu)導(dao)致磨(mo)(mo)粒也跟著破碎而脫落，最終會嚴重損害砂輪。

　　（2）磨(mo)(mo)削(xue)力較(jiao)大(da)，磨(mo)(mo)削(xue)溫度(du)較(jiao)高(gao)。做單顆磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)削(xue)試(shi)驗時發現，在(zai)磨(mo)(mo)削(xue)鈦合金時，占比重較(jiao)大(da)的(de)(de)是滑(hua)擦過程(cheng)，并且磨(mo)(mo)粒和工件的(de)(de)接觸時間(jian)非常短(duan)暫，在(zai)此非常短(duan)暫的(de)(de)時間(jian)里面(mian)產(chan)生劇(ju)烈摩擦以及(ji)劇(ju)烈的(de)(de)彈性和塑性變形，然后(hou)鈦合金才被磨(mo)(mo)去成為切屑，從而產(chan)生很大(da)的(de)(de)磨(mo)(mo)削(xue)熱，這時磨(mo)(mo)削(xue)溫度(du)最高(gao)可達差不多1500℃的(de)(de)樣(yang)子。

　　（3）磨(mo)(mo)削(xue)會產生層疊狀擠裂(lie)切屑(xie)，主要原因是(shi)變形復雜。多形成帶(dai)狀切屑(xie)的是(shi)用白剛玉砂輪（WA60KV）磨(mo)(mo)削(xue)45鋼時，多形成層疊狀擠裂(lie)切屑(xie)的則是(shi)用綠色(se)碳化硅砂輪（GC46KV）磨(mo)(mo)削(xue)鈦合金時。

　　（4）在高溫條(tiao)件下，TC4鈦(tai)合金化(hua)學活性表現得相當活躍(yue)，易與空(kong)氣中的(de)氧、氮、氫等(deng)元素結(jie)合發生劇烈的(de)反(fan)應(ying)，形成二氧化(hua)鈦(tai)、氮化(hua)鈦(tai)、氫化(hua)鈦(tai)等(deng)這(zhe)樣的(de)脆硬變質層，從而導致TC4的(de)塑(su)性降(jiang)低。

　　（5）在鈦合金磨削(xue)過(guo)程(cheng)中，受難以解(jie)決的(de)問(wen)題影響，主要(yao)是因為傳入(ru)工(gong)(gong)件(jian)中的(de)磨削(xue)熱很難導(dao)出來，容易讓工(gong)(gong)件(jian)變(bian)形(xing)、燒傷，甚至(zhi)出現(xian)一些(xie)裂紋，因此，工(gong)(gong)件(jian)表面就會出現(xian)不同程(cheng)度的(de)粗糙。

　　4、磨削技術革新

　　4.1 抑制措施解(jie)決磨削燒(shao)傷和裂紋

　　在用(yong)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)來(lai)加(jia)工TC4鈦合金的(de)(de)時(shi)候存在一(yi)些問題(ti)，比(bi)較嚴重的(de)(de)是(shi)粘附(fu)現(xian)象，由于速(su)度較高，磨削力和溫度都是(shi)比(bi)較高的(de)(de)，這(zhe)樣就(jiu)會燒傷表面以(yi)及產生裂紋(wen)。任敬心等人做了一(yi)些實驗研究(jiu)來(lai)降低加(jia)工過程中出現(xian)的(de)(de)這(zhe)種燒傷和裂紋(wen)現(xian)象，他們覺得可以(yi)用(yong)軟一(yi)些的(de)(de)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)，比(bi)如不采用(yong)剛(gang)玉(yu)(yu)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)，而采用(yong)碳化硅或(huo)鈰碳化硅砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)，剛(gang)玉(yu)(yu)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)用(yong)樹脂粘連，而前者采用(yong)陶瓷粘連。并且加(jia)工參數也要注意，譬如砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)的(de)(de)速(su)度不宜過快，實驗分析不要超過20米(mi)每秒，磨削深(shen)度也不能太多，不要超過0.02個毫米(mi)，工件的(de)(de)移動速(su)度也有要求，大(da)概(gai)在12-16米(mi)沒(mei)分鐘之內，磨削液(ye)不僅(jin)僅(jin)要很(hen)好(hao)的(de)(de)散熱，還要強調他的(de)(de)潤(run)滑(hua)效果，這(zhe)樣能有效抑制(zhi)粘結現(xian)象的(de)(de)出現(xian)，如果是(shi)干磨的(de)(de)話，那潤(run)滑(hua)劑(ji)可以(yi)采用(yong)固態(tai)潤(run)滑(hua)劑(ji)浸滲(shen)的(de)(de)砂(sha)(sha)輪(lun)(lun)。

　　4.2 鈦(tai)合金磨(mo)削中砂輪粘結(jie)現象(xiang)及其(qi)抑制措施

　　由于在鈦合金(jin)在磨削過程中(zhong)，一般會存(cun)在較(jiao)高的磨削溫度和(he)較(jiao)大(da)的法(fa)向力(li)，這樣劇(ju)烈塑性變形就(jiu)會在磨削區(qu)的鈦合金(jin)中(zhong)出(chu)現，磨料和(he)金(jin)屬之間(jian)經過物(wu)理(li)的或(huo)者化學的吸附作用產生粘(zhan)(zhan)(zhan)結效應(ying)；造成被磨金(jin)屬向磨粒的轉移的原因是剪切力(li)的影響，從而導致砂輪粘(zhan)(zhan)(zhan)結。最后導致磨粒破(po)碎(sui)，當(dang)磨削力(li)超過磨粒間(jian)結合力(li)的大(da)小(xiao)時，磨粒和(he)粘(zhan)(zhan)(zhan)結物(wu)就(jiu)會從砂輪上剝離。

　　4.3 高(gao)速高(gao)效磨(mo)削

　　湖南(nan)大學國家高效磨(mo)(mo)削(xue)工程技術研究中心設計制造的(de)超高速(su)(su)磨(mo)(mo)削(xue)機床上(shang)有(you)學者對TC4鈦合金材料(liao)進行了高速(su)(su)高效磨(mo)(mo)削(xue)。研究中分析了單位面積磨(mo)(mo)削(xue)力(li)(li)及(ji)比磨(mo)(mo)削(xue)能(neng)受(shou)磨(mo)(mo)削(xue)用量(liang)的(de)影響(xiang)規律(lv)。砂(sha)(sha)輪(lun)線速(su)(su)度vs如(ru)果增(zeng)大則單位面積磨(mo)(mo)削(xue)力(li)(li)出現明(ming)顯的(de)下降(jiang)，但工作(zuo)臺速(su)(su)度vw和磨(mo)(mo)削(xue)深(shen)度ap的(de)增(zeng)大的(de)話單位面積磨(mo)(mo)削(xue)力(li)(li)則上(shang)升(sheng)。砂(sha)(sha)輪(lun)線速(su)(su)度vs如(ru)果增(zeng)則比磨(mo)(mo)削(xue)能(neng)上(shang)升(sheng)，但是如(ru)果工作(zuo)臺速(su)(su)度vw以(yi)及(ji)磨(mo)(mo)削(xue)深(shen)度ap增(zeng)大則比磨(mo)(mo)削(xue)能(neng)下降(jiang)。

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