宝鸡钛锻件厂家谈TC17钛合金的应用及加工特点

宝鸡市利泰有色金属有限公司（简称：利泰金属），公司主营TA1钛棒、TA2钛棒、TA9钛棒、TA18钛棒、TA15钛合金棒、TA19钛合金棒TC4钛合金棒、TC11钛棒、TC6钛棒、TC17钛棒、TB6钛棒、TC18钛合金棒、TC19钛棒、TC21钛棒、TC2钛棒、外科植入用钛钛合金TC20（Ti-6Al-7Nb）、TC26(Ti-13Nb-13Zr)、Ti-6AL-4V ELI、镍、钼、钽、锆Zr702、锆合金Zr704、Zr705等稀贵金属材料；管、棒、丝、带、板、箔、网、饼、环及合金制品；钛网篮、钛法兰、钛螺母钛过滤器、钛泵、钛盘管、阳极、各种非标设备及配件。近年来，利泰金属在保持常规钛合金材料的生产销售的基础上，不断紧跟行业趋势，探索Ti80、Ti31、Ti75、TC17、TC21等小牌号钛合金，在海洋工程、航空航天工业的应用，由于各类新钛合金材料，具有特殊的性能与应用，利泰金属将在后期不断推送相关新牌号钛合金的相关知识，以下结合资料，将TC17钛合金在航空钛合金锻件的应用于加工特点，分享如下：

1、航空航天钛合金锻件用TC17钛合金的应用

钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882.5℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛，在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种不同结构的各自特点，添加Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si等合金元素可得到不同类型的钛合金。

根据组织结构不同，钛合金可以分为以下3大类：

(1)α钛合金。α钛合金组织稳定，有很好的高温性能和良好的焊接性，但强度低，热加工性差。

(2)β钛合金。β钛合金的室温强度高，有良好的塑性，但其耐热性和焊接性都较差。

(3)α+β钛合金。α+β钛合金的强度介于α钛合金与β钛合金之间，其综合机械性能较好。

就切削加工性而言，α钛合金的切削加工性能最好，最容易切削，α+β钛合金次之，β钛合金最差。各个国家都对钛合金有着不同编号，我国采用TA代表α钛合金，TB代表β钛合金，TC代表α+β钛合金。

TC17钛合金是一种近β型合金，名义成分是Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，具体成分如表1.1所示。材料中Al、Sn和Zr的加入强化了α相，改善了蠕变抗力，缓和了β相的时效特征，Mo和Cr元素确保大截面的热处理和淬透性。TC17变形钛合金在强度、淬透性、疲劳和断裂韧性方面可以达到很好的平衡。

表1.2为3种α+β钛合金的物理参数对比[3]。从表1.2可以看出，相比常见的钛合金TC4，TC17在抗拉强度和硬度方面与之有较大不同，抗拉强度比TC4大了约270MPa，而硬度值比TC4和TC11分别高了10HRC和7HRC，这些与TC4不同的物理特性决定了其切削加工性更差。

TC17具有良好的综合性能，在各种航空发动机的风扇和压气机盘件上已经得到广泛的应用。但是在实际加工时效率比较低，切削速度还在低速范围（<50m/min）之内，极大的影响了钛合金TC17的应用，所以提高其加工效率，研究其高速切削是其重要任务。

2、TC17钛合金的切削加工特点

钛合金TC17因其许多优秀的特性而在航空领域有着广泛应用，但是，钛合金是一种典型的难加工材料，有着同其他钛合金共同的难切削加工特性：导热系数小、高温化学活性大、弹性模量低、与其他金属材料摩擦系数大等。目前，国内外有许多学者针对钛合金的难加工特性研究了一些特殊加工方式，并取得一些成果。但传统的切削加工方式仍然无可取代，车、铣等传统加工方式仍然是其最主要的加工方式。

切削加工钛合金TC17的困难主要体现在以下几个方面：

（1）钛合金TC17比强度高，硬度值比普通钛合金要高，所以要求加工的设备有较大功率，切削用的刀具应具有较高的强度和硬度。

（2）刀尖处应力大；与45钢比，切削钛合金的力只有其2/3～3/4，但是钛合金切削时切屑和前刀面之间的接触面积更小，和45钢相比，只有其1/2～2/3，刀具切削刃上的单位应力便会更大，刀尖和切削刃更容易发生磨损。

（3）钛合金TC17有较大摩擦系数但是其导热率很低（只有8.2W/m·K），和常见钛合金TC4相当；切削热积在切削刃处很小的区域内不易散发，导致钛合金切削时温度非常高，加快了刀具磨损。

（4）钛合金TC17的弹性模量比较低（为112GPa），已加工表面回弹大，也会加剧刀具后刀面的磨损。

（5）钛合金TC17在高温条件下有很高的化学活性，在切削加工时易与空气中的O、N等元素发生反应，生成的硬化层会加剧刀具磨损。

（6）钛合金TC17切削加工时，工件材料极易与刀具表面粘结；在高温和压力作用下还会发生刀具与工件的扩散，扩散也是致使刀具磨损加剧的因素之一。

综上所述，TC17钛合金作为一种性能优良的材料，在航空航天工业和其他工业部门用途广泛，但加工效率和加工成本成为了影响其应用的瓶颈。目前在实际生产中钛合金切削加工效率还比较低，采用普通刀具切削钛合金其速度还停留在低速范围之内，国内在TC17钛锻件切削加工性的研究方面，应用的加工速度普遍低于50m/min，较低的切削速度限制了TC17的加工效率，而TC17在高速下的加工性能还存在一些问题，如相关研究较少、高速加工缺少数据支撑和高速切削时刀具磨损严重等。所以，在提高切削速度和加工效率的前提下延长刀具寿命是钛合金TC17切削加工研究中的首要任务，为此，必须研究钛合金TC17的高速切削加工性。