文章来源： 石磊(山东大学)
摘要 由于钛合金所具有的优良特性，它被广泛地应用于航天、汽车、化工等各个领域。但是，钛合金是一种典型的难加工材料，其切削加工中刀具材料与工件的匹配缺乏系统性研究。本文从化学、物理和力学性能三个方面对刀具材料与钛合金性能匹配进行了研究，并通过Ti-6AI-4V钛合金的铣削试验加以验证，建立了钛合金切削刀具选择系统模型。 化学性能匹配从刀具材料和钛合金的氧化以及扩散进行研究。通过对刀具和钛合金的化学热力学计算以及氧化试验研究发现，YT类硬质合金氧化失重相对较少，抗氧化能力较强，YG类硬质合金刀具试样中的WC和Co在800℃下已经发生氧化，而YT类硬质合金的TiC未被氧化。添加TaC(NbC)的YW硬质合金有较好的抗氧化能力;细晶粒硬质合金的抗氧化能力要比粗晶粒硬质合金好。800℃时，在Ti-6AI-4V试样表面检测出TiO2和Ti4N3的生成，1000℃时Ti-6AI-4V由于表面的氧化膜保护，阻止了氧化的进一步进行. 从扩散试验研究发现，在400℃下，YT类和YG类硬质合金都与Ti-6AI-4V发生扩散，但扩散程度比较低。600℃时扩散现象比较明显，YTl5的W、Co元素的扩散程度要高于YG3和YG3X：刀具材料的晶粒越粗，扩散越容易。800℃时，由于氧化现象比较严重，在刀片和钛合金表面生成氧化物，阻止了扩散的进行。 从力学性能匹配来看，YG8抗弯强度和冲击韧较好，适合钛合金的粗加工和去氧化皮;YG3、YG3X硬度较高，适于钛合金的精加工;性能均衡的YG6、YG6X可广泛的应用于精、半精加工;TaC(NbC)可提高刀具材料的高温硬度、强度以及韧性，可用含TaC(NbC)的YG6A、YW2进行较高速度的切削。 从物理性能匹配来看，导热系数和弹性模量较大、热膨胀系数较小的YG3、YG3X适合精加工，相反导热性和弹性模量较小，热膨胀系数相对较大的YG8、YGSX适合粗加工。 通过Ti-6AI-4V铣削试验发现：YG8刀具的磨损较小，YTl5的磨损较大且粘结、剥落、崩刃现象比较严重。使用YTl5铣削Ti-6AI-4V时，刀具的磨损形态有：前刀面的磨料磨损，同时粘结现象比较严重，刀具表面产生微裂纹后，刀具上的材料会被切屑带走，形成多处剥落;后刀面的磨料磨损，也伴有较严重的粘结现象;切削刃有严重的崩刃现象。使用YG8铣削Ti-6AI-4V时，刀具的磨损形态主要是刀具前、后刀面的磨料磨损，但是粘结现象不如YTl5严重，没有出现剥落和崩刃现象。因此YG8比YTl5更适合低速下铣削Ti-6AI-4V钛合金。YG8和YTl5磨损的主要原因都是：磨料磨损、粘结磨损、氧化磨损以及扩散磨损。 通过系统设计和数据库设计相结合，利用Visual C#开发软件和Microsoft SQL Server 2000数据库管理系统完成了钛合金切削加工刀具选择系统模型的开发。该系统可帮助生产、设计人员根据加工要求，快速的推荐刀具材料和合适的切削参数，降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。 关键词 钛合金;刀具材料;性能匹配;元素扩散;氧化反应 下载全文 
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