鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金,。鈦有兩種同質(zhì)異晶體：882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦,，882℃以上為體心立方的β鈦,。

鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小,，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好,。另外,，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難,，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì),。還有抗磨性差,，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的,。航空工業(yè)發(fā)展的需要,，使鈦工業(yè)以平均每年約 8%的增長(zhǎng)速度發(fā)展。世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸,鈦合金牌號(hào)近30種,。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦（TA1,、TA2和TA3）,。

鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭,、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件,。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用,，用于制作電解工業(yè)的電極,，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等,。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料,。此外還用于生產(chǎn)貯氫材料和形狀記憶合金等。

中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究,；60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金,。

鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，比重,、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間,，但比鋁、鋼強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能,。1950年美國(guó)首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板,、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件,。60年代開(kāi)始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身,、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁,、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件,。鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加，達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%～25%,。70年代起,，民用機(jī)開(kāi)始大量使用鈦合金，如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上,。馬赫數(shù)大于 2.5的飛機(jī)用鈦主要是為了代替鋼,，以減輕結(jié)構(gòu)重量。又如,，美國(guó)SR-71 高空高速偵察機(jī)(飛行馬赫數(shù)為3,，飛行高度26212米)，鈦占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的93%,，號(hào)稱(chēng)“全鈦”飛機(jī),。當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比從4～6提高到8～10，壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200～300°C增加到500～600°C時(shí),，原來(lái)用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤(pán)和葉片就必須改用鈦合金,，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤(pán)和葉片,，以減輕結(jié)構(gòu)重量。70年代,，鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%～30%,，主要用于制造壓氣機(jī)部件，如鍛造鈦風(fēng)扇,、壓氣機(jī)盤(pán)和葉片,、鑄鈦壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣,、軸承殼體等,。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度，耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器,、燃料

合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類(lèi)：

①穩(wěn)定α相,、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁、碳,、氧和氮等,。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度,、降低比重,、增加彈性模量有明顯效果。

②穩(wěn)定β相,、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素,，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬,、鈮,、釩等；后者有鉻,、錳,、銅、鐵,、硅等,。

③對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯,、錫等,。

氧、氮,、碳和氫是鈦合金的主要雜質(zhì)。氧和氮在α相中有較大的溶解度,對(duì)鈦合金有顯著強(qiáng)化效果,但卻使塑性下降,。通常規(guī)定鈦中氧和氮的含量分別在0.15～0.2%和0.04～0.05%以下,。氫在α相中溶解度很小,鈦合金中溶解過(guò)多的氫會(huì)產(chǎn)生氫化物,，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在 0.015%以下,。氫在鈦中的溶解是可逆的,，可以用真空退火除去。

室溫下,，鈦合金有三種基體組織,，鈦合金也就分為以下三類(lèi)：α合金，(α+β)合金和β合金,。中國(guó)分別以TA,、TC、TB表示,。

固溶體組成的單相合金,，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相,，組織穩(wěn)定,，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng),。在500℃～600℃的溫度下,，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,，室溫強(qiáng)度不高,。

β鈦合金

它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度,，淬

火,、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa,；但熱穩(wěn)定性較差,，不宜在高溫下使用。

相合金,，具有良好的綜合性能,，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性,、塑性和高溫變形性能,，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火,、時(shí)效使合金強(qiáng)化,。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50%～100%；高溫強(qiáng)度高,，可在400℃～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作,，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金,。

三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好,，α+β鈦合金次之,，β鈦合金最差。α鈦合金代號(hào)為T(mén)A,，β鈦合金代號(hào)為T(mén)B,，α+β鈦合金代號(hào)為T(mén)C。

鈦合金按用途可分為耐熱合金,、高強(qiáng)合金,、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）,、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等,。

熱處理：鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性,、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度,；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性,；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能,。

切削特點(diǎn)

鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難，小于HB300時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象,，也難于切削,。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個(gè)方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué),、物理,、力學(xué)性能間的綜合對(duì)其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點(diǎn)：

(1)變形系數(shù)?。哼@是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn),，變形系數(shù)小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程大大增大,，加速刀具磨損,。

(2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小（只相當(dāng)于45號(hào)鋼的1/5～1/7）,，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),，切削溫度很高,。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上。

(3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時(shí)約小20%,，由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃,。同時(shí)，由于鈦合金的彈性模量小,，加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形,，引起振動(dòng)，加大刀具磨損并影響零件的精度,。因此,，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。

(4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大,，在高的切削溫度下,，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時(shí)切削過(guò)程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化,。冷硬現(xiàn)象不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度,，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn),。

(5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過(guò)沖壓,、鍛造、熱軋等方法加工后,，形成硬而脆的不均勻外皮,，極易造成崩刃現(xiàn)象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序,。另外,，由于鈦合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損,。車(chē)削鈦合金時(shí)，有時(shí)前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重,；進(jìn)給量f<0.1 mm/r時(shí),，磨損主要發(fā)生在后刀面上；當(dāng)f>0.2 mm/r時(shí),，前刀面將出現(xiàn)磨損,；用硬質(zhì)合金刀具精車(chē)和半精車(chē)時(shí)，后刀面的磨損以VBmax小于0.4 mm較合適,。

在銑削加工中,，由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，而且切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出,，集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),，加工時(shí)切削刃刃口處會(huì)產(chǎn)生極高的切削溫度，將大大縮短刀具壽命,。對(duì)于鈦合金Ti6Al4V來(lái)說(shuō),，在刀具強(qiáng)度和機(jī)床功率允許的條件下，切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)鍵因素,，而并非切削力的大小,。

高釩高速鋼（如W12Cr4V4Mo）、高鈷高速鋼（如W2Mo9Cr4VCo8）或鋁高速鋼（如W6Mo5Cr4V2Al,、M10Mo4Cr4V3Al）等刀具材料,，適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀,、立銑刀,、拉刀、絲錐等刀具,。

采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金,，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,，切削速度可達(dá)200 m/min,；若不用切削液，在同等磨損量時(shí),，允許的切削速度僅為100m/min,。

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

(3)切削液中的氯化物使用時(shí)還可能分解或揮發(fā)有毒氣體,，使用時(shí)宜采取安全防護(hù)措施,，否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時(shí)用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,，清除含氯殘留物,。

(4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸,，銅,、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用,。

(5)與鈦合金接觸的所有工,、夾具或其他裝置都必須潔凈；經(jīng)清洗過(guò)的鈦合金零件,，要防止油脂或指印污染,，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕。

(6)一般情況下切削加工鈦合金時(shí)，沒(méi)有發(fā)火危險(xiǎn),，只有在微量切削時(shí),，切下的細(xì)小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象。為了避免火災(zāi),，除大量澆注切削液之外,，還應(yīng)防止切屑在機(jī)床上堆積，刀具用鈍后立即進(jìn)行更換,，或降低切削速度,，加大進(jìn)給量以加大切屑厚度。若一旦著火,，應(yīng)采用滑石粉、石灰石粉末,、干砂等滅火器材進(jìn)行撲滅,，嚴(yán)禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器,，也不能澆水,，因?yàn)樗芗铀偃紵踔翆?dǎo)致氫爆炸,。