鈦及鈦合金的切削特性和切削策略

    鈦的比重大約是鋼的一半，而純鈦80000PSI和鈦合金180000PSI的強度，卻比很多合金鋼還要高。正是鈦的這個高的強度-重量比，使得它被設計者們廣泛地用于汽車、醫(yī)療、化學、細微組件和航空航天等領域。
 

鈦的彈性是鋼的兩倍，這使它特別適合用在需要材料柔韌性來防止產生開裂和裂縫的場合。另外，鈦合金的耐腐蝕和氧化性能要優(yōu)于不銹鋼。
鈦合金的另外幾個性能也使它成為最難加工的幾大材料之一。當然，只要足夠了解它的特性，還是有辦法對它進行低成本的切削的。
多數的鈦合金是熱的不良導體，產生的切削熱不能有效通過工件散發(fā)，而往往聚集在切削區(qū)域附近。切削時產生的高溫-有時候能達到2,000°F（相當于1093°C）-能使刀尖崩刃或者變形，而變鈍的刀尖將產生更多的切削熱，從而加速刀尖的失效。切削溫度甚至有可能高到使鈦屑燃燒的程度。
切削過程中產生的切削熱，還在鈦的表面產生加工硬化現象，這不但影響已加工表面的一致性，也將影響工件的幾何尺寸并嚴重降低工件的疲勞強度。
鈦合金成品的彈性，是人們喜歡的鈦合金成品的一個屬性，但彈性也使得重載加工時容易產生工件的撓曲和震動。在切削壓力的作用下，彈性的工件偏離原來的位置。因此，刀尖是在磨工件而不是切削工件，這在精加工時尤其明顯。這個摩擦的過程也產生熱量，而鈦的不良導熱性也使得加工條件更加惡化。 
 

因此，加工薄壁或者環(huán)狀的工件時，一般使用正前角的刀片。如果不使用正前角的刀片，切削力將會推開工件，使之產生傾斜，這將使加工尺寸很難達到預期。工件變形離開刀具時，將產生塑性變形，而不是彈性變形。這進一步提高了工件切削點的強度和硬度，使得原本適當的切削速度變的過大，迅速加劇刀具的磨損。
合金的種類決定了切削速度。純鈦的切削線速度可以達到180m/min，而韌性較好的β合金卻只能在30m/min左右。一般來說，合金中含的V和Cr越多，切削的線速度就越低。
盡管鈦合金的加工比鋼材要困難、復雜，鈦的切削力的大小也只比切削同硬度的鋼略微大一點。
鈦加工時，最容易產生的刀具磨損是后刀面磨損、月牙凹磨損和積屑瘤磨損。刀尖的月牙凹磨損通常產生在切削深度的位置，這多半是因為工件因為鑄造、鍛造、熱處理或者機械加工時候產生的硬化層造成的。
工件和刀具的材料發(fā)生化學反應也是月牙凹磨損的重要原因之一。這通常發(fā)生在切削溫度達到800°C以上的時候，同時伴隨著擴散（工件和刀具間的元素互相滲透）現象。
相比之下，在加工時，刀片的前刀面上則容易產生鈦材料的沉積。前刀面產生的高溫和高壓，將沉積的鈦顆粒焊接在切削刃上，從而形成“積屑瘤”現象。這些顆粒在刀尖上停留短暫時間后，將會從刀尖上剝離，并帶走一部分的切削刀具的合金材質。
最適合加工鈦的基材和涂層是亞微細顆粒基材和物理氣相沉積（PVD）的TiAlN涂層。PVD涂層又薄又光滑，加上足夠的殘余應力，使得刀具能很好的防止甭刃和月牙凹的產生。同時，附著力優(yōu)良的PVD涂層，表面也很均勻，化學穩(wěn)定性相對以前的涂層也有所提升，因此能更好地防止積屑瘤的產生。

鈦和鈦合金的種類及對應特性
鈦合金通常有四種：α、α/β、β和更新的鋁鈦合金。因為添加了特殊的合金元素，這些種類的合金都非常難加工。
α鈦是純鈦，很軟，可以高速加工，沒有任何加工難題。但是，因為它在強度和彈性方面沒有明顯優(yōu)勢，因而應用范圍受到限制。
α/β相鈦合金是最常見的，其中TiAl6V4廣泛地應用于航空產業(yè)特別是發(fā)動機中。其次應用較廣的是醫(yī)療器械行業(yè)。這種合金很難加工，因為它的切屑對刀具有研磨作用，因而導致很短的刀具壽命。
β相鈦合金不具有α相鈦合金的韌性，而是有硬和脆的特點。因為組分中含有高百分比的V、Mo和Cr等元素，加工性能也很差。β鈦合金應用越來越廣泛，因而帶來更多的加工難題。
鈦鋁合金非常難加工，但是卻具有更輕的重量和更高的強度。以前，它因為缺乏良好的韌性，應用受到了限制。但是現在的材料學家們把它引進到了賽車引擎中來做氣門頂桿和推桿，也用于噴氣發(fā)動機中中的部件。

結語：
鈦及鈦合金的切削策略：
使用正的角度來保證最小的切削力、熱量和材料撓曲；
保持穩(wěn)定的進給以避免工件的硬化。刀具在切削是，切勿停止進給；
使用足量冷卻液來保證熱量被及時帶走，從而避免因為積蟹瘤破壞刀具；
保持刀尖鋒利。鈍的刀具會使熱量積累，從而導致刀具失效；
盡量在鈦合金軟的時候進行加工。因為鈦合金的顆粒在高溫下會有晶相轉變而加劇對刀具的研磨；
盡可能地使用大圓角的刀片甚至是圓刀片來進行加工，這可以將刀具的局部磨損減少到最低程度。