TC4钛合金与不锈钢1Cr18Ni9Ti加工比较研究

钛合金TC4是一种中等强度的α-β型两相钛合金，含有6%α稳定元素Al和4%β稳定元素V。TC4具有优异的耐腐蚀、耐高温和高比强度，在航空航天中获得最广泛的应用。TC4的比重较小、强度高、高温强度突出。

1Cr18Ni9Ti是奥氏体铬镍不锈钢，具有优良的力学性能、良好的耐蚀能力、较突出的冷变形能力、无磁性等优点，在航空航天、机械制造及人们日常生活中得到了广泛应用。由于钛合金TC4与不锈钢1Cr18Ni9Ti加工难度大、切削加工效率低、刀具磨损快、使两种材料成为典型难加工材料。这两种材料在物理、化学和机械性能上差异较大，对它们的加工性能进行研究，选择合适的加工刀具材料，优化加工几何参数，提高加工效率是迫切需要解决的问题。钛合金TC4与不锈钢1Cr18Ni9Ti切削加工性分析比较见表1。表1 钛合金TC4与不锈钢1Cr18Ni9Ti切削加工性分析比较 材料 强度和硬度 不同 塑性变形 不同 导热系数 不同 弹性模量 不同 活性 不同 TC4 硬度和强度较高，硬度359HV，常温下抗拉强度≥895MPa 延伸率小 （为10%） 导热系数很小 （为7.955W/m·K） 弹性模量为110GPa 化学活性大 1Cr18Ni9Ti 硬度为187HV， 抗拉强度为520MPa 延伸率大 （为45%） 导热系数大 （为16.2W/m·K） 弹性模量为206GPa 加工硬化性大，亲和性大 根据以上对两种材料切削加工性的比较分析，不难发现TC4主要为材料硬度高、强度大、导热系数小、弹性模量大、化学活性大，特别是高温强度高，导致切削力大；材料导热性能差、摩擦现象严重，易造成刀尖和切削刃上切削热非常集中，致使切削温度很高；高温下刀具材料和TC4材料双方化学元素的相互扩散造成扩散磨损，高温还使刀具材料与周围介质发生化学反应造成化学磨损。而1Cr18Ni9Ti主要为材料延伸率大、加工硬化性大、亲和性大，故在切削过程中的塑性变形较大、使车削力增加；工件材料塑性变形大，与刀具之间的摩擦也大，切削过程中产生的切削热多，致使切削温度较高；不锈钢亲和性大，粘附性强，因而刀具在切削过程中易形成积屑瘤，使表面的粗糙度降低；不锈钢中由碳化物形成的硬质点使刀具磨损加剧。因此，合理选择刀具材料成为解决这两种材料加工效率低的关键。刀具材料的选择应首先以降低切削温度、减小刀具磨损为首要考虑的因素。要求刀具材料有高的硬度和强度，良好的耐磨性以及韧性，较高的耐热性等。除此之外，选择刀具材料时还应特别注意避免因刀具材料和工件材料之间某些元素的亲和作用致使刀具磨损加剧。 TC4和1Cr18Ni9Ti都不能使用YT类硬质合金加工，要选用与Ti元素亲和作用小、导热性能好、强度高的细晶粒YG类硬质合金如YG6、YG8、YG6X、YG6A等刀具材料。按照国际上对加工材料的分类选择刀具材料，TC4一般选择S类刀具材料；1Cr18Ni9Ti一般选择M类刀具材料。

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