文献综述
摘 要
钛合金是一种理想的轻质结构材料，具有密度小、强度高、低温性好、抗腐蚀性强等优点[1]。良好的综合性能,钛合金在航空、航天、电子、船舶等行业得到迅速推广应用。但钛合金同时具有摩擦系数大、切削温度高、导热系数小、高温化学活性高等特性，导致其加工性能差，刀具磨损严重。影响刀具寿命的一个主要因素是切削温度。钛合金切削温度高，尤其是高速切削，若切削参数设置不当，造成刀尖温度快速上升，刀具寿命急剧下降[2]，切削温度仿真是研究钛合金切削的有效手段之一。另外，研究切屑形成也是提高刀具寿命的有效手段之一。特别是高速切削时，切屑类型非常重要，会影响刀具寿命、加工精度、零件表面粗糙度等。随着高速切削应用越来越广，钛合金切屑形成研究正成为一个热点[3]。
关键词：钛合金；研究概况；发展趋势
钛合金国外研究情况
由于大型航空发动机压气机对工作在300～350℃用材的需要,俄罗斯的全俄轻金属研究院研究了同时添加Sn和Zr来改善BT22钛合金的强度和高温蠕变性能 ,研制出了性能优于BT22的一种新的航空用钛合金。新合金的名义化学成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr-1.7Sn-2.5Zr, 被赋予正式牌号BT37。截面尺寸 为150～200mm的BT37合金模锻件和自由锻造的静强度和疲劳强度比BT3-1合金高25%;固溶强化的BT37合金的静强度和疲劳强度比金属间化合物强化的高温钛合金高20%～25%以上。用BT37合金来取代传统的BT3-1,BT6热强钛合金来制造在300～350℃下工作的压气机同时国外也研制出高强钛合金Ti-5553( Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr),Ti-55531(Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr)等[4]。Ti-5553作为高强近beta;钛合金可替代BT22 和 Ti-1023 钛合金大量使用在飞机的起落架上,该合金的淬透性更好,俄罗斯的VSMPO联合体分别用beta;锻和alpha; beta;锻制造了该合金的大型锻件。Ti-55531是空客公司与俄罗斯合作开发的新型高强高韧近beta;型钛合金,强度与韧性匹配良好,首次应用的实例是A380机翼与挂架的连接装置。Ti3553( Ti-3Al-5Mo-5V-3Cr)是用做紧固件用钛合金,其强度和加工性能均优于Ti-64。在承压管路系统研制成功一种新的钛合金Ti3331(Ti-3A l-3V-3Mo-1Zr)[5],其强度比Ti-3Al-2.5V高30%左右。高强可焊钛合金T-110(Ti-515Al-1.2Mo-1.2V-4Nb-2Fe)为Antonov飞机的重型构架设计用,合金同BT22的力学性能相当,但具有优良的焊接性能,焊接强度系数可达0195,优良的焊接性能是由于同晶型的beta;稳定元素溶于alpha;相中,有利于Fe等元素的均匀分布,Nb的加入细化晶粒,减少了间隙元素在晶界的偏析,典型的力学性能为Rm ge;1 100 MPa、Age;10%、Zge;35%,淬透深度可达到40 mm。为保障飞机发动机的安全性,国外成功研制出阻燃钛合金,其典型代表是Alloy C(Ti-35V-15Cr) [6]和Ti-25V-15Cr-2A l-0.2C合金[7],分别是美国和英国研制的一种高稳定化的阻燃钛合金,具有良好的阻燃性能和力学性能,Alloy C已在F22飞机的F119发动机中得到实际应用。
钛合金国内研究情况
高温钛合金
近10年及将来5～10年高温钛合金研发主要集中在600 ℃高温钛合金。600 ℃高温钛合金研究对象主要是Ti60和Ti600。Ti60合金是以中科院金属所为主研制的[8]。Ti600是西北有色金属研究院独家研制的[9],Ti600合金的研制达到试验规模,国外一公司已正式订购。Ti60钛合金名义成分Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-0.3Si-1Nd-0.05C[8],是在Ti55基础上改进研制的,是一种用稀土金属Nd强化的综合性能良好的近alpha;型热强钛合金。该合金长时间工作温度可达600℃,用于航空发动机高压段的压气机盘、鼓筒和叶片等零件。金属所在Ti60金基础上又研制出Ti60A合金(Ti-5.8Al-4.0Sn-3.5Zr-0.4Mo-0.4Si-0.4Nb-0.4Ta-0.05C)[10]。
高强钛合金
高强钛合金研究主要集中在TB8(beta;21s),TC18(BT22)高强钛合金,TC-1高强高韧损伤容限型钛合金等[11]。TB8和TC18为仿制合金。TB8钛合金的名义成分是Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si(beta;21s) [12],为介稳定的beta;型钛合金,是一种较为理想的航空结构材料,如飞机液压系统、燃油箱、箔材用钛基复合材料的基体以及用于化工和石油加工工业。TB8钛合金除了生产板材、带材外,也可生产箔材、丝材、管材、棒材和锻件。板材主要用于制造中等复杂程度的飞机冷成 形钣金零件。可以代替强度水平相当于30CrMnSiA结构钢的零件及热成形的钛合金零件。通过不同的时效制度,可以实现不同强度和塑性的匹配,满足高结构效益、高可靠性的设计要求。TB8钛合金板材的3种不同强度和塑性(L0 = 50 mm )的级别是:Rmge;860MPa,Age;5%; Rmge;1015MPa,Age;5%;Rmge;1200MPa,Age;5%[13]。
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