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上海铝合金钛合金型材的性能分析及机加工特点

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上海铝合金钛合金型材的性能分析及机加工特点

发布日期:2016-06-29 00:00 来源:http://www.8fly.cn 点击:

 铝钛合金型材由于其密度小,上海铝合金比强度高,耐高温,抗氧化性能好等特点,应用广泛。但铝钛合金型材机械加工性能差,影响了该材料的广泛使用。铝钛合金是一种金属材料,具有压铸成品率高,铸件致密、成品强度高、无断裂的特点、柔韧性强、同时镀铜着色效果佳,比重轻。

上海铝合金钛合金型材的性能分析及机加工特点

  铝钛合金型材即在工业纯钛中加入合金元素,以提高钛的强度。钛合金可分三种:a钛合金,b钛合金和a+b钛合金。ab钛合金是由a和b双相组成,这类合金组织稳定,高温变形性能、韧性、塑性较好,能进行淬火、时效处理,使合金强化。钛合金的性能特点主要表现在:


1)比强度高。铝钛合金型材密度小(4.4kg/dm3)重量轻,但其比强度却大于超高强度钢。


2)热强性高。铝钛合金型材的热稳定性好,在300~500℃条件下,其强度约比铝合金高10倍。


3)化学活性大。钛可与空气中的氧、氮、一氧化碳、水蒸气等物质产生强烈的化学反应,在表面形成TiC及TiN硬化层。


导热性差。钛合金导热性差,钛合金TC4在200℃时的热导率l=16.8W/m·℃,导热系数是0.036卡/厘米·秒·℃。


铝钛合金型材机加工特性分析


首先,钛合金导热系数低,仅是钢的1/4,铝的1/13,铜的1/25。因切削区散热慢,不利于热平衡,在切削加工过程中,散热和冷却效果很差,易于在切削区形成高温,加工后零件变形回弹大,造成切削刀具扭矩增大、刃口磨损快,耐用度降低。其次,钛合金的导热系数低,使切削热积于切削刀四周的小面积区域内不易散发,前刀面摩擦力加大,不易排屑,切削热不易散发,加速刀具磨损。最后,钛合金化学活性高,在高温下加工易与刀具材料起反应,形成溶敷、扩散,造成粘刀、烧刀、断刀等现象。



铝钛合金的试制成功,不仅补充了公司产品种类,且为中间合金高端产品的开发积累了经验。铝钛合金成本较低,机械性能与锻件相似的钛铸件,不仅可以取代现有的钛部件,还可以取代其它材料的部件。VDC技术即是为生产高质量、低成本钛铸件开发的。其铸件典型的应用包括飞机机体(如舱壁、刹车装置、齿轮、铰链等)以及其它航空航天和工业用零部件。


刀具材料选用应满足下列要求:


·足够的硬度。刀具的硬度必须要远大于铝钛合金硬度。


·足够的强度和韧性。由于刀具切削铝钛合金时承受很大的扭矩和切削力,因此必须有足够的强度和韧性。


·足够的耐磨性。由于钛合金韧性好,加工时切削刃要锋利,因此刀具材料必须有足够的抗磨损能力,这样才能减少加工硬化。这是选择加工钛合金刀具重要的参数。


·刀具材料与钛合金亲合能力要差。由于铝钛合金化学活性高,因此要避免刀具材料和铝钛合金形成溶敷、扩散而成合金,造成粘刀、烧刀现象。


经过对国内常用刀具材料和国外刀具材料进行试验表明,采用高钴刀具效果理想,钴的主要作用能加强二次硬化效果,提高红硬性和热处理后的硬度,同时具有较高的韧性、耐磨性、良好的散热性,更加适合加工铝钛合金型材。


压铸技术用于生产铝、镁、锌、铜基合金铸件,在机械制造行业应用已有多年的历史。这类压铸件是在大气中将金属熔化,然后在高压下将金属熔液注入铸模中而生产的。铸件为净形件或近净形件,铸后略加处理或加工就可以得到终形件,该工艺加工周期短,从金属熔液到净形件的时间通常不到15s。与其它方法如熔模铸造法相比,真空压铸钛铸件的工艺简单,因而成本一般较低。真空压铸工艺不需脱腊、去壳及化学清洗,工序减少近一半,相对于熔模铸造或锻造工艺,大约可节约30%的费用。真空压铸和熔模铸造的Ti-6Al-4V合金铸棒的组织结构和机械性能的对比研究表明,两种铸棒在899℃,103MPa的压力下,2h热等静压处理,然后在834℃下,2h真空退火后,真空压铸棒的晶粒尺寸约为100μm,晶粒为任意向的α-β结构,而熔模铸棒的晶粒尺寸为750μm;真空压铸材料的屈服强度(930.79MPa)要比熔模铸材料的屈服强度(827.37MPa)高约12%,与锻件、轧制-退火件的屈服强度(896.32MPa)接近由于真空压铸的模具直接与熔融钛液接触,其使用寿命有所减短,与熔模铸造法相比其模具部分所占的成本则较大。


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