钛合金材料特性及其磨削特点

杨 军

（宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 721014）

要知道我们所生活的地球中的地壳内，含有大量的金属以及其他物质，特别是钛金属在一众的合成类金属中能够排在第四位，同时我国就具有大量的钛金属，并且其存储量明显和其它金属含量存在着差距，目前的钛合金材料具有多种良好的优点和优势，从而使其具有强大的应用市场以及发展范围，例如钛金属具有耐热、抗腐蚀性以及较强的刚度，因此促使其在化学以及航天事业中的应用具有非常大的意义。在进行钛合金加工时，需要对其特性进行细致研究，只有如此，才能切实的提升磨削工艺。

1 钛合金材料的分类与特性

1.1 分类

目前我国具有大量的钛合金，并且其具体的种类可以划分为α钛和β钛合金以及α+β钛合金，而且这三种类别分别具有不同的差异化，同时我国针对这三种钛合金进行TA、TB、TC加序号的形式来进行具体的表示。对于α钛合金而言，主要是由钛、铝、锡相结合二形成的一种单相的合金。β钛合金主要是由钛、锰、铬、钒等相关的元素互相结合形成单相合金。那么α+β钛合金则是有铝、硒、锰、铬等一些合金元素构成的一种双向合金。

1.2 特性

根据以上内容可以得出钛合金所具有的几点特性：

一是，刚度强，钛合金在密度上与钢材等高强度材料存在差异，通常钛合金与钢材的密度比为1：2，但是钛合金却具备更高的强度，也正是因为这一特点，导致钛合金材料的弹性性能稍差，不易弯折，造成加工难点增大的问题。而且自身的强度远远高于其他多数的合金材料，这一特性使得钛合金材料被广泛的应用在工业和化学行业中，尤其是航天事业中显得尤为重要。

二是，具有较强的抗腐蚀性，常见的金属材料或多或少都存在着易氧化的问题，导致了普通金属防腐蚀性差的状况，但是钛合金材料则可以完全避免这一问题，其防腐性甚至达到了不锈钢的水准，因此将其应用在化工行业极为适合。由于钛合金材料中含有的化学成分会与空气中的氮气以及氧气发生化学反应，由此形成惰性极强的氧化层，并且该氧化层不易与化学材料进行反应，因此在酸碱性极强的化工生产环境中，钛合金的防腐蚀性也是极强的。

三是，具有良好的热强度，这点特性要归功于钛合金材料中的钛元素，由于钛元素的可熔点高达1660℃。但是钛合金具体的工作环境中基本上都是稳定在500℃～600℃，因此具有较强的抗热性能，从而使其应用范围变得更加的广泛。促使钛合金材料能够充分的发挥其自身的价值和有效作用。

2 钛合金主要的缺点

目前钛合金具有的缺点有：首先是由于该材料的硬度计刚度过高所导致的切削难度较高的问题，因此所导致的直接后果就是磨削时间长，产生的热量增大等问题。再加上其散热性低，无法有效散热还会产生粘粘的现象，从而致使磨削工具造成影响和破坏。其次就是钛金材料在长时间、高强度的使用中也会出现严重的磨损，不耐磨也是其较为严重的缺点之一，只有在材料加工时，添加相应材料才能提升钛合金的抗磨度，如此也加大了加工难度。现如今，我国机械加工工艺水平明显增长，此类问题正逐步的被解决。

3 钛合金材料的磨削特点

如今的钛合金材料在航天事业中应用比较广泛，这就需要归功于其自身优良的特性，但是就是由于这些特性，导致其在磨削加工过程中难度比较大，甚至还会高于其他金属。因此，也就逐渐的增加了钛合金材料磨削加工成本，而且针对当前的钛合金材料等，除了在航天事业中能够有很好的发展，在其它领域中根本无法对其进行深入的推广。并且钛合金材料自身的化学特性也相对为磨削加工工作带来了更加棘手的问题，因此针对钛合金材料磨削加工中遇到的问题来具体的体现出钛合金磨削的特点。

3.1 磨削过程中出现的问题

当前的钛合金材料除了自身具有化学元素以外，同时还会掺杂一些杂质，此类问题也是无法避免的，当杂质过多后，各化学元素之间就会出现化学反应，与钛合金金属相融合，若是无法有效的排除杂质的话，就会导致钛合金的各项性能下降，包括可塑性与耐用度都会因此受到影响。此外就是杂质过多导致磨削过程中易出现钛合金材料损坏的问题，一旦出现裂缝等缺陷时，就会导致钛合金材料抗腐蚀性大幅度降低。在进行磨削钛合金材料过程中，由于砂轮比较容易被堵塞，其主要的原因就是在高温磨削作业下，由于产生的化学反应氧化物易粘附在钛合金材料上，同时钛合金材料的高硬度也会导致磨削砂轮受损，当砂轮受损后再进行磨削就会导致材料产生毛边等问题，时而还会导致磨削过大的问题，钛合金材料的完整性也会因此受损。最急需解决的一个问题就是砂轮工作时间过长所引起的温度过高的问题，钛合金的散热性也稍差，如此就会造成材料的热损伤，导致钛合金磨削效果变低。

3.2 钛合金材料的磨削特点

目前有我国具有大量的钛合金材料，同时在钛合金材料加工以及磨削过程中已经取得了很好的成效，但是在磨削工作中还是有些问题无法有效的避免，并根据磨削中遇到的问题中探索磨削特点，主要体现在以下几点：

一是，磨削工作中砂轮的粘结磨损程度比较大，同时在磨削过程中也会产生高温，并且这一时间内极容易对钛合金材料造成变形的现象，而且钛合金材料会和磨削产生的化合物产生吸附作用，并进一步形成粘结的现象，从而导致磨削砂轮和磨粒碎裂并脱落，因此在这样很大的程度上尽可能的对砂轮造成破坏。

二是，在磨削作业中会产生高温，同时在进行磨粒磨削和摩擦的过程中，虽说在极短的时间内能够使得钛合金发生变形以及强烈的弹性振动，而且在此过程中还会发生切屑情况，在磨削和摩擦期间产生的磨削高温能够达到一千摄氏度，甚至有时还会超过一千摄氏度。

三是，磨削工作中发生的变形比较的复杂，而且在日常实践过程中可以充分的采用不同材质的砂轮进行磨削工作，以此来完成不同钛合金磨削工作进行各种各样的切削。

四是，磨削工作形成的高温环境加剧了钛合金材料的脆性，导致其塑形大幅度的降低。并且在高温磨削工作中，钛合金材料比较容易发生化学反应，并且容易粘附磨削材料，由于钛合金材料中主要的成分钛会与氮气、氧气以及含氧气体产生强烈的化学反应，形成一种氧化膜或者是氮化膜，不仅降低了钛合金的弹性，还会严重的致使钛合金表面呈现出一定的脆性，极大的加深了钛合金加工的过程。

五是，在钛合金材料磨削过程中，易发生工件烧伤。钛合金工件烧伤是由于加工热量过高，导致一些碎屑以及其它金属材料与钛合金表面发生反应，表面的结构和组织发生巨大的改变和变化，进而导致钛合金的纯度以及各项性能不能符合要求，通常将此类问题归为工件烧伤的行列。加工件烧伤属于金属加工行业中常见的问题，这也是钛合金磨削的特点之一，因为其它合金材料也会存在导热性较差的问题，在进行钛合金磨削时应借鉴其它材料加工的经验，在磨削的过程进行物理降温，并且合理的控制钛合金的磨削时间，减少钛合金加工时所产生的热能，在根源上进行整治。现阶段人们在不断的探索和深入研究磨削的工艺以及问题的解决方案，从而对磨削工艺加强进一步的优化。

4 结语

综上所述，目前的钛合金材料凭借着自身良好的性能与特性，已经被广泛的应用到各个领域中，特别是近几年我国工业以及化学和航天事业中充分的体现出其价值。目前我国在钛合金加工上仍然存在的问题就是加工难度大所引起对应成本过高，此类问题也是材料加工行业所急需解决的。虽然相关工作人员对钛合金的特性进行了研究，但与实际的磨削加工相结合时仍有所欠缺，因此钛合金加工人员必须不断的在工作中总结经验，克服钛合金加工中所产生的难题，在保证钛合金材料高性能的前提下，进一步改善加工工艺，减少成本，使钛合金材料在我国工业发展中的作用充分发挥出来。