寶雞鈦鍛件廠家談TC17鈦合金的應(yīng)用及加工特點

寶雞市利泰有色金屬有限公司（簡稱：利泰金屬），公司主營TA1鈦棒、TA2鈦棒、TA9鈦棒、TA18鈦棒、TA15鈦合金棒、TA19鈦合金棒TC4鈦合金棒、TC11鈦棒、TC6鈦棒、TC17鈦棒、TB6鈦棒、TC18鈦合金棒、TC19鈦棒、TC21鈦棒、TC2鈦棒、外科植入用鈦鈦合金TC20（Ti-6Al-7Nb）、TC26(Ti-13Nb-13Zr)、Ti-6AL-4V ELI、鎳、鉬、鉭、鋯Zr702、鋯合金Zr704、Zr705等稀貴金屬材料；管、棒、絲、帶、板、箔、網(wǎng)、餅、環(huán)及合金制品；鈦網(wǎng)籃、鈦法蘭、鈦螺母鈦過濾器、鈦泵、鈦盤管、陽極、各種非標(biāo)設(shè)備及配件。近年來，利泰金屬在保持常規(guī)鈦合金材料的生產(chǎn)銷售的基礎(chǔ)上，不斷緊跟行業(yè)趨勢，探索Ti80、Ti31、Ti75、TC17、TC21等小牌號鈦合金，在海洋工程、航空航天工業(yè)的應(yīng)用，由于各類新鈦合金材料，具有特殊的性能與應(yīng)用，利泰金屬將在后期不斷推送相關(guān)新牌號鈦合金的相關(guān)知識，以下結(jié)合資料，將TC17鈦合金在航空鈦合金鍛件的應(yīng)用于加工特點，分享如下：

1、航空航天鈦合金鍛件用TC17鈦合金的應(yīng)用

鈦是同素異構(gòu)體，熔點為1720℃，在低于882.5℃時呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α鈦，在882℃以上呈體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種不同結(jié)構(gòu)的各自特點，添加Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si等合金元素可得到不同類型的鈦合金。

根據(jù)組織結(jié)構(gòu)不同，鈦合金可以分為以下3大類：

(1)α鈦合金。α鈦合金組織穩(wěn)定，有很好的高溫性能和良好的焊接性，但強度低，熱加工性差。

(2)β鈦合金。β鈦合金的室溫強度高，有良好的塑性，但其耐熱性和焊接性都較差。

(3)α+β鈦合金。α+β鈦合金的強度介于α鈦合金與β鈦合金之間，其綜合機械性能較好。

就切削加工性而言，α鈦合金的切削加工性能最好，最容易切削，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。各個國家都對鈦合金有著不同編號，我國采用TA代表α鈦合金，TB代表β鈦合金，TC代表α+β鈦合金。

TC17鈦合金是一種近β型合金，名義成分是Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，具體成分如表1.1所示。材料中Al、Sn和Zr的加入強化了α相，改善了蠕變抗力，緩和了β相的時效特征，Mo和Cr元素確保大截面的熱處理和淬透性。TC17變形鈦合金在強度、淬透性、疲勞和斷裂韌性方面可以達(dá)到很好的平衡。

表1.2為3種α+β鈦合金的物理參數(shù)對比[3]。從表1.2可以看出，相比常見的鈦合金TC4，TC17在抗拉強度和硬度方面與之有較大不同，抗拉強度比TC4大了約270MPa，而硬度值比TC4和TC11分別高了10HRC和7HRC，這些與TC4不同的物理特性決定了其切削加工性更差。

TC17具有良好的綜合性能，在各種航空發(fā)動機的風(fēng)扇和壓氣機盤件上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但是在實際加工時效率比較低，切削速度還在低速范圍（<50m/min）之內(nèi)，極大的影響了鈦合金TC17的應(yīng)用，所以提高其加工效率，研究其高速切削是其重要任務(wù)。

2、TC17鈦合金的切削加工特點

鈦合金TC17因其許多優(yōu)秀的特性而在航空領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，但是，鈦合金是一種典型的難加工材料，有著同其他鈦合金共同的難切削加工特性：導(dǎo)熱系數(shù)小、高溫化學(xué)活性大、彈性模量低、與其他金屬材料摩擦系數(shù)大等。目前，國內(nèi)外有許多學(xué)者針對鈦合金的難加工特性研究了一些特殊加工方式，并取得一些成果。但傳統(tǒng)的切削加工方式仍然無可取代，車、銑等傳統(tǒng)加工方式仍然是其最主要的加工方式。

切削加工鈦合金TC17的困難主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）鈦合金TC17比強度高，硬度值比普通鈦合金要高，所以要求加工的設(shè)備有較大功率，切削用的刀具應(yīng)具有較高的強度和硬度。

（2）刀尖處應(yīng)力大；與45鋼比，切削鈦合金的力只有其2/3～3/4，但是鈦合金切削時切屑和前刀面之間的接觸面積更小，和45鋼相比，只有其1/2～2/3，刀具切削刃上的單位應(yīng)力便會更大，刀尖和切削刃更容易發(fā)生磨損。

（3）鈦合金TC17有較大摩擦系數(shù)但是其導(dǎo)熱率很低（只有8.2W/m·K），和常見鈦合金TC4相當(dāng)；切削熱積在切削刃處很小的區(qū)域內(nèi)不易散發(fā)，導(dǎo)致鈦合金切削時溫度非常高，加快了刀具磨損。

（4）鈦合金TC17的彈性模量比較低（為112GPa），已加工表面回彈大，也會加劇刀具后刀面的磨損。

（5）鈦合金TC17在高溫條件下有很高的化學(xué)活性，在切削加工時易與空氣中的O、N等元素發(fā)生反應(yīng)，生成的硬化層會加劇刀具磨損。

（6）鈦合金TC17切削加工時，工件材料極易與刀具表面粘結(jié)；在高溫和壓力作用下還會發(fā)生刀具與工件的擴散，擴散也是致使刀具磨損加劇的因素之一。

綜上所述，TC17鈦合金作為一種性能優(yōu)良的材料，在航空航天工業(yè)和其他工業(yè)部門用途廣泛，但加工效率和加工成本成為了影響其應(yīng)用的瓶頸。目前在實際生產(chǎn)中鈦合金切削加工效率還比較低，采用普通刀具切削鈦合金其速度還停留在低速范圍之內(nèi)，國內(nèi)在TC17鈦鍛件切削加工性的研究方面，應(yīng)用的加工速度普遍低于50m/min，較低的切削速度限制了TC17的加工效率，而TC17在高速下的加工性能還存在一些問題，如相關(guān)研究較少、高速加工缺少數(shù)據(jù)支撐和高速切削時刀具磨損嚴(yán)重等。所以，在提高切削速度和加工效率的前提下延長刀具壽命是鈦合金TC17切削加工研究中的首要任務(wù)，為此，必須研究鈦合金TC17的高速切削加工性。