近β 型高强Ti-10V-2Fe-3Al 合金对激光切割的响应

钛合金尤其是亚稳态β 钛合金，具有优异的物理及力学性能而得到广泛应用。然而，亚稳态β 钛合金因其高强韧性、高的化学反应活性以及低的热导率等特性难于切削。激光加热辅助切削(LAM)是一种近年发展起来的特种加工技术，在切削过程中，以激光束为热源，对工件进行局部加热，使其强度下降达到塑性切削的目的。已有实验表明，采用LAM技术能够改善α+β 或α 钛合金的切削性，而是否能够改善亚稳态β 钛合金的切削性能还有待研究。为此，R. A. Rahman Rashid 等人采用LAM 技术对近β型高强Ti-10V-2Fe-3Al 合金进行了切削实验研究。

实验原材料为经三次真空电弧熔炼的φ650 mm Ti-10V-2Fe-3Al 合金铸锭，其β 相变点温度为830 ℃。将铸锭在相变温度以上开坯锻造，变形量为60%。为了细化铸态组织，再在两相区锻造成φ110 mm 棒材，变形量为70%。最后，将其锻造成φ50 mm 棒材，并按照750 ℃× 3 h/AC+510 ℃× 8 h/AC 进行固溶加时效处理。然后分别采用LAM 技术及传统切削技术对该棒材进行切削，切削深度均为1 mm，切削速度均在5 ～275 m/min 范围内，进料速度均在0.05 ～0.28 mm/r 范围内，且LAM 技术切削过程中激光功率为1 200 W。分别对比了不同切削速度、不同进料速度以及不同切削方法下切削力、切削温度以及切口形貌的变化。研究表明，当切削温度达到800 ℃左右时，Ti-10V-2Fe-3Al 这种近β 型钛合金的热软化效果会超过应变硬化效果。而采用LAM 技术切削近β 型Ti-10V-2Fe-3Al 合金，当切削速度在5 ～275 m/min 范围内时，切削温度通常在800 ℃以上，即热软化占主导。然而，随着切削速度的增加，切削温度下降，切削压力增大，激光束的加热效率降低。总之，LAM 技术对Ti-10V-2Fe-3Al 这类高温高强钛合金切削性的改善效果没有对α+β 或α 钛合金的明显。