鈦合金材料特性及其磨削特點

楊 軍

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

要知道我們所生活的地球中的地殼內(nèi)，含有大量的金屬以及其他物質(zhì)，特別是鈦金屬在一眾的合成類金屬中能夠排在第四位，同時我國就具有大量的鈦金屬，并且其存儲量明顯和其它金屬含量存在著差距，目前的鈦合金材料具有多種良好的優(yōu)點和優(yōu)勢，從而使其具有強大的應用市場以及發(fā)展范圍，例如鈦金屬具有耐熱、抗腐蝕性以及較強的剛度，因此促使其在化學以及航天事業(yè)中的應用具有非常大的意義。在進行鈦合金加工時，需要對其特性進行細致研究，只有如此，才能切實的提升磨削工藝。

1 鈦合金材料的分類與特性

1.1 分類

目前我國具有大量的鈦合金，并且其具體的種類可以劃分為α鈦和β鈦合金以及α+β鈦合金，而且這三種類別分別具有不同的差異化，同時我國針對這三種鈦合金進行TA、TB、TC加序號的形式來進行具體的表示。對于α鈦合金而言，主要是由鈦、鋁、錫相結(jié)合二形成的一種單相的合金。β鈦合金主要是由鈦、錳、鉻、釩等相關(guān)的元素互相結(jié)合形成單相合金。那么α+β鈦合金則是有鋁、硒、錳、鉻等一些合金元素構(gòu)成的一種雙向合金。

1.2 特性

根據(jù)以上內(nèi)容可以得出鈦合金所具有的幾點特性：

一是，剛度強，鈦合金在密度上與鋼材等高強度材料存在差異，通常鈦合金與鋼材的密度比為1：2，但是鈦合金卻具備更高的強度，也正是因為這一特點，導致鈦合金材料的彈性性能稍差，不易彎折，造成加工難點增大的問題。而且自身的強度遠遠高于其他多數(shù)的合金材料，這一特性使得鈦合金材料被廣泛的應用在工業(yè)和化學行業(yè)中，尤其是航天事業(yè)中顯得尤為重要。

二是，具有較強的抗腐蝕性，常見的金屬材料或多或少都存在著易氧化的問題，導致了普通金屬防腐蝕性差的狀況，但是鈦合金材料則可以完全避免這一問題，其防腐性甚至達到了不銹鋼的水準，因此將其應用在化工行業(yè)極為適合。由于鈦合金材料中含有的化學成分會與空氣中的氮氣以及氧氣發(fā)生化學反應，由此形成惰性極強的氧化層，并且該氧化層不易與化學材料進行反應，因此在酸堿性極強的化工生產(chǎn)環(huán)境中，鈦合金的防腐蝕性也是極強的。

三是，具有良好的熱強度，這點特性要歸功于鈦合金材料中的鈦元素，由于鈦元素的可熔點高達1660℃。但是鈦合金具體的工作環(huán)境中基本上都是穩(wěn)定在500℃～600℃，因此具有較強的抗熱性能，從而使其應用范圍變得更加的廣泛。促使鈦合金材料能夠充分的發(fā)揮其自身的價值和有效作用。

2 鈦合金主要的缺點

目前鈦合金具有的缺點有：首先是由于該材料的硬度計剛度過高所導致的切削難度較高的問題，因此所導致的直接后果就是磨削時間長，產(chǎn)生的熱量增大等問題。再加上其散熱性低，無法有效散熱還會產(chǎn)生粘粘的現(xiàn)象，從而致使磨削工具造成影響和破壞。其次就是鈦金材料在長時間、高強度的使用中也會出現(xiàn)嚴重的磨損，不耐磨也是其較為嚴重的缺點之一，只有在材料加工時，添加相應材料才能提升鈦合金的抗磨度，如此也加大了加工難度?，F(xiàn)如今，我國機械加工工藝水平明顯增長，此類問題正逐步的被解決。

3 鈦合金材料的磨削特點

如今的鈦合金材料在航天事業(yè)中應用比較廣泛，這就需要歸功于其自身優(yōu)良的特性，但是就是由于這些特性，導致其在磨削加工過程中難度比較大，甚至還會高于其他金屬。因此，也就逐漸的增加了鈦合金材料磨削加工成本，而且針對當前的鈦合金材料等，除了在航天事業(yè)中能夠有很好的發(fā)展，在其它領(lǐng)域中根本無法對其進行深入的推廣。并且鈦合金材料自身的化學特性也相對為磨削加工工作帶來了更加棘手的問題，因此針對鈦合金材料磨削加工中遇到的問題來具體的體現(xiàn)出鈦合金磨削的特點。

3.1 磨削過程中出現(xiàn)的問題

當前的鈦合金材料除了自身具有化學元素以外，同時還會摻雜一些雜質(zhì)，此類問題也是無法避免的，當雜質(zhì)過多后，各化學元素之間就會出現(xiàn)化學反應，與鈦合金金屬相融合，若是無法有效的排除雜質(zhì)的話，就會導致鈦合金的各項性能下降，包括可塑性與耐用度都會因此受到影響。此外就是雜質(zhì)過多導致磨削過程中易出現(xiàn)鈦合金材料損壞的問題，一旦出現(xiàn)裂縫等缺陷時，就會導致鈦合金材料抗腐蝕性大幅度降低。在進行磨削鈦合金材料過程中，由于砂輪比較容易被堵塞，其主要的原因就是在高溫磨削作業(yè)下，由于產(chǎn)生的化學反應氧化物易粘附在鈦合金材料上，同時鈦合金材料的高硬度也會導致磨削砂輪受損，當砂輪受損后再進行磨削就會導致材料產(chǎn)生毛邊等問題，時而還會導致磨削過大的問題，鈦合金材料的完整性也會因此受損。最急需解決的一個問題就是砂輪工作時間過長所引起的溫度過高的問題，鈦合金的散熱性也稍差，如此就會造成材料的熱損傷，導致鈦合金磨削效果變低。

3.2 鈦合金材料的磨削特點

目前有我國具有大量的鈦合金材料，同時在鈦合金材料加工以及磨削過程中已經(jīng)取得了很好的成效，但是在磨削工作中還是有些問題無法有效的避免，并根據(jù)磨削中遇到的問題中探索磨削特點，主要體現(xiàn)在以下幾點：

一是，磨削工作中砂輪的粘結(jié)磨損程度比較大，同時在磨削過程中也會產(chǎn)生高溫，并且這一時間內(nèi)極容易對鈦合金材料造成變形的現(xiàn)象，而且鈦合金材料會和磨削產(chǎn)生的化合物產(chǎn)生吸附作用，并進一步形成粘結(jié)的現(xiàn)象，從而導致磨削砂輪和磨粒碎裂并脫落，因此在這樣很大的程度上盡可能的對砂輪造成破壞。

二是，在磨削作業(yè)中會產(chǎn)生高溫，同時在進行磨粒磨削和摩擦的過程中，雖說在極短的時間內(nèi)能夠使得鈦合金發(fā)生變形以及強烈的彈性振動，而且在此過程中還會發(fā)生切屑情況，在磨削和摩擦期間產(chǎn)生的磨削高溫能夠達到一千攝氏度，甚至有時還會超過一千攝氏度。

三是，磨削工作中發(fā)生的變形比較的復雜，而且在日常實踐過程中可以充分的采用不同材質(zhì)的砂輪進行磨削工作，以此來完成不同鈦合金磨削工作進行各種各樣的切削。

四是，磨削工作形成的高溫環(huán)境加劇了鈦合金材料的脆性，導致其塑形大幅度的降低。并且在高溫磨削工作中，鈦合金材料比較容易發(fā)生化學反應，并且容易粘附磨削材料，由于鈦合金材料中主要的成分鈦會與氮氣、氧氣以及含氧氣體產(chǎn)生強烈的化學反應，形成一種氧化膜或者是氮化膜，不僅降低了鈦合金的彈性，還會嚴重的致使鈦合金表面呈現(xiàn)出一定的脆性，極大的加深了鈦合金加工的過程。

五是，在鈦合金材料磨削過程中，易發(fā)生工件燒傷。鈦合金工件燒傷是由于加工熱量過高，導致一些碎屑以及其它金屬材料與鈦合金表面發(fā)生反應，表面的結(jié)構(gòu)和組織發(fā)生巨大的改變和變化，進而導致鈦合金的純度以及各項性能不能符合要求，通常將此類問題歸為工件燒傷的行列。加工件燒傷屬于金屬加工行業(yè)中常見的問題，這也是鈦合金磨削的特點之一，因為其它合金材料也會存在導熱性較差的問題，在進行鈦合金磨削時應借鑒其它材料加工的經(jīng)驗，在磨削的過程進行物理降溫，并且合理的控制鈦合金的磨削時間，減少鈦合金加工時所產(chǎn)生的熱能，在根源上進行整治?，F(xiàn)階段人們在不斷的探索和深入研究磨削的工藝以及問題的解決方案，從而對磨削工藝加強進一步的優(yōu)化。

4 結(jié)語

綜上所述，目前的鈦合金材料憑借著自身良好的性能與特性，已經(jīng)被廣泛的應用到各個領(lǐng)域中，特別是近幾年我國工業(yè)以及化學和航天事業(yè)中充分的體現(xiàn)出其價值。目前我國在鈦合金加工上仍然存在的問題就是加工難度大所引起對應成本過高，此類問題也是材料加工行業(yè)所急需解決的。雖然相關(guān)工作人員對鈦合金的特性進行了研究，但與實際的磨削加工相結(jié)合時仍有所欠缺，因此鈦合金加工人員必須不斷的在工作中總結(jié)經(jīng)驗，克服鈦合金加工中所產(chǎn)生的難題，在保證鈦合金材料高性能的前提下，進一步改善加工工藝，減少成本，使鈦合金材料在我國工業(yè)發(fā)展中的作用充分發(fā)揮出來。