钛合金的材料磨削加工技术?
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钛合金的材料磨削加工技术现阶段，航空发动机零件多数采用钛合金材料，根据装配需求，精加工表面尺寸精度和表面粗糙度都需要磨削加工才能保证零件表面的质量。由于钛合金材料本身物理机械性能，磨削加工时易出现表面烧伤、表面完整性降低，目前急需解决对钛合金材料磨削的问题，所以选择合适的砂轮是非常必要的。
1钛合金材料性能分析
钛合金的种类大致分为三类，α钛合金、β钛合金、α+β钛合金。具有比重小，比强高，耐高温，耐腐蚀、超记忆，无磁性，弹性模量低，生物相容性号，这一系列优良的使其在广泛的领域得到应用。钛的熔点为1668℃，沸点为3400℃，高于镍铁，因此，轻型耐热成为了其优良的基础，可在500℃下长期工作。新型钛合金长期工作温度还要高，在300-350℃下其强度比铝合金高10倍。常用α+β钛合金强度达到1.2GPa，比重0.44MPa，比强度23-27，均高于合金钢。钛合金的抗拉强度可超过1.5GPa，对其加工必须施加很大的力，是典型的难加工材料。
钛的热导系数为0.036cal，TC11钛合金的导热性能更差。钛的弹性模量约为钢的1/2，加工时回弹性大，容易振动。
钛合金中含有氧，氢、氮、碳，有时还包括硅，铁等杂质元素，这些元素进行了强烈的反应，以间隙式存在于晶格中，可使钛合金强度提高，塑性下降，甚至使断裂韧性、低温韧性、疲劳强度、耐蚀性、冷成型和可焊性变坏。钛合金在高温中化学性极高，在一定磨削温度下，钛形成氧化，氮化保护膜，使表面层硬化变脆，降低了弹性，加大了加工硬化程度，磨削时容易贴附，堵塞砂轮，造成磨削过热，表面完整性降低。
2钛合金磨削砂轮的选择
2.1钛合金磨削要求砂轮粘附小，磨损小，不易堵塞，磨削温度低
这主要包括磨料的粒度结合剂组织形状尺寸。普通砂轮由磨料结合剂和气孔组成。磨料作用是磨削被加工材料形成符合要求的表面。结合剂的作用是把磨料粘结到一起，形成一定形状和硬度，使磨粒在磨削过程中保持稳定的运动轨迹，并能自脱。气孔是在磨削进程中起到排屑，冷却兼有润滑作用。普通磨料包括刚玉系列（氧化铝），和碳化硅系列。磨削钛合金应选择碳化硅砂轮。
2.2结合剂的选择
结合剂分树脂和陶瓷两种：
1）陶瓷结合剂颗粒能力强，热稳定性与化学稳定性好，防水，耐热，耐腐蚀，磨损小，长时间保持磨削性能，具有多孔性，不易堵塞，生产率高。脆性大，不能经受较大冲击负荷。
2）树脂结合剂砂轮强度高，有弹性，耐冲击好，热稳定性差，耐腐蚀性差，高温下会软化失去强度。
磨削钛合金应选陶瓷结合剂砂轮。
2.3粒度的选择
磨削钛合金通常采用36#-80#粒度。
2.4砂轮组织硬度
磨削钛合金通常应选择较软硬度或者中等硬度，组织较松的大气孔砂轮。
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钛合金棒材磨削特点以及说明
钛棒是钛合金材料里面最常用的一种。如何才能加工出外观面光滑，精度达到H11，H9，H8，H7的钛棒。
那就不得不说一下：无心磨床。无心磨床是不需要采用工件的轴心定位而进行磨削的一类磨床，主要由磨削砂轮、调整轮和工件支架三个机构构成，其中磨削砂轮实际担任磨削的工作，调整轮控制工件的旋转，并控制工件的进刀速度，至于工件支架乃在磨削时支撑工件，这三种机件可有数种配合的加工方法。
根据钛合金材料的特性，磨削时具有以下5大特点。
1、高硬度
钛合金作为一种高强度材料，其硬度很高，通常在HV350～400之间。这也导致钛合金磨削时，磨削工具经常会出现损耗、折断等情况。
2、低导热性
钛合金的导热系数很低，远远低于钢材等常规材料。在钛合金磨削时，热量会在短时间内堆积在磨削区域，导致切削液不易排出，容易造成磨削加工表面质量不良的问题。
3、易受氧化
在高温高压下，钛合金材料容易氧化，造成表面质量不良，加工难度大。因此，在钛合金磨削时，需要采用合适的磨削液，加强冷却和润滑，减少氧化的风险。
4刀具易粘接磨损。砂轮和钛合金材料在接触过程中，摩擦引起高温，会导致钛合金发生变形，粘附在砂轮上或磨粒脱造成砂轮损坏。
5存在冷硬现象。钛元素的化学活性强，磨削产生的高温环境下，钛合金材料表皮发生化学反应，不仅合金弹性降低，而且表面硬化，加工过程更加复杂，会降低零件的抗疲劳强度。
砂轮的选择
1碳化硅砂轮。碳化硅砂轮硬度高、磨损小，能够有效地降低磨削温度，从而保证磨削质量。
2立方氮化硼不仅硬度高，而且可以耐高热，在不少企业中应用;聚晶金刚石的使用，能适应钛合金在磨削时高热、高速的要求，其稳定性较好，目前也广泛应用。
钛合金磨削加工工对冷却液的要求。
为了快速带走热量。在无心磨床加工过程中需要使用研磨液。除具有冷却的作用外还有冲洗作用产品表面的细沙等作用。清理砂轮表面的残留物，使用高压清洗装置，对砂轮表面的粘附物进行及时清洗，有助于减小定位误差。宜选用含有多种极压添加剂的水溶性磨削液。
钛合金磨削关键的磨削参数，如适当的进给量、转速等，
依照我们经验对TC4φ10钛棒为例，最佳磨削深度为0.05~0.1mm，最佳砂轮速度为25m/s，此时砂轮粘附率最小，磨制表面最佳。
钛合金材料具有广阔的应用市场。随着钛合金材料的应用范围更加广泛，对钛合金材料进行磨削加工时，只有不断改进工艺，优化设备仪器，才能获得高精度、高性能的钛合金棒材。
钛合金材料的磨削使用简述
本文就钛合金的各种类型进行了说明，并介绍了各类钛合金的加工工艺特性，同时，也总结分析了磨削特性和加工难点，针对磨削难点如烧伤、砂轮粘附等的解决方法以及一种高效磨削的可能。
▍ 1 钛合金的分类
麦克格维伦在1956年，以退火态的差异对钛合金进行了严格的区分，划定了不同的类型，主要划分为三类：α、β和α+β等三类钛合金。
TC4（Ti-6Al-4V）属于α+β相结构，属于用量最大的钛合金，也是性能数据最全的钛合金，铝和钒元素是TC4（Ti-6Al-4V）所含的主要合金元素，铝是α稳定化元素，钒是β稳定化元素。
▍ 2 加工工艺特性
TC4钛合金加工难度非常大，钛合金的综合工艺在结晶组织、物理特性和化学特性等方面，与钢、铝合金以及很多重金属有很大的不同，以下三个方面的因素决定了钛合金是一种不好加工的金属。
> 化学成分的不稳定
TC4钛合金在热变形下就会与氧气和氮气发生化学反应，甚至还会与一些含氧气体发生化学反应，反应就会产生氧化皮附在工件表面上，如果温度更高一些，达到900℃以上时，附在工件表面的氧化皮就会产生鳞片，这样氧元素和氮元素就很有可能向金属内部进行渗透扩散，最终就会形成表面吸气层。硬度较高、塑性较低是这种吸气层的特点。
> 金相组织
渗碳体在金相组织中的表现属于一种复杂的Fe-C化合物，维氏硬度最高可以达到 HV1100的样子，而冲击韧度几乎没有。
> 导热性不高
钛合金的导热率如果和铝合金等其他合金来比较的话只有铝合金导的大概1/15，钢的大概1/5。钛合金的导温率和导热率相比于铝合金、钢来说，低很多，都只有铝合金的大概1/15，钢的大概2/7，对一些钛合金零件表面加工质量的影响是比较大的。
▍ 3 磨削特性
因为钛合金具有强度高、热稳定性好、高温强度高、化学活性大、热导率低、弹性模量低等材料特性，所以磨削起来非常困难，属于最难加工材料之一，也因为这样，它的推广应用范围非常受限，就是因为钛合金的磨削加工性能表现很差，磨削加工的时候存在这样那样的难题。
> TC4钛合金主要磨削特征
（1）砂轮的粘结问题严重。砂轮表面粘附有钛合金，粘结表层像烟雾一样，主要原因是粘附物在磨削过程中脱落，这样一来就导致磨粒也跟着破碎而脱落，最终会严重损害砂轮。
（2）磨削力较大，磨削温度较高。做单颗磨粒磨削试验时发现，在磨削钛合金时，占比重较大的是滑擦过程，并且磨粒和工件的接触时间非常短暂，在此非常短暂的时间里面产生剧烈摩擦以及剧烈的弹性和塑性变形，然后钛合金才被磨去成为切屑，从而产生很大的磨削热，这时磨削温度最高可达差不多1500℃的样子。
（3）磨削会产生层叠状挤裂切屑，主要原因是变形复杂。多形成带状切屑的是用白刚玉砂轮（WA60KV）磨削45钢时，多形成层叠状挤裂切屑的则是用绿色碳化硅砂轮（GC46KV）磨削钛合金时。
（4）在高温条件下，TC4钛合金化学活性表现得相当活跃，易与空气中的氧、氮、氢等元素结合发生剧烈的反应，形成二氧化钛、氮化钛、氢化钛等这样的脆硬变质层，从而导致TC4的塑性降低。
（5）在钛合金磨削过程中，受难以解决的问题影响，主要是因为传入工件中的磨削热很难导出来，容易让工件变形、烧伤，甚至出现一些裂纹，因此，工件表面就会出现不同程度的粗糙。
▍ 4 磨削技术革新
> 4.1 抑制措施解决磨削烧伤和裂纹
在用砂轮来加工TC4钛合金的时候存在一些问题，比较严重的是粘附现象，由于速度较高，磨削力和温度都是比较高的，这样就会烧伤表面以及产生裂纹。
一些实验研究来降低加工过程中出现的这种烧伤和裂纹现象，他们觉得可以用软一些的砂轮，比如不采用刚玉砂轮，而采用碳化硅或铈碳化硅砂轮，刚玉砂轮用树脂粘连，而前者采用陶瓷粘连。并且加工参数也要注意，譬如砂轮的速度不宜过快，实验分析不要超过20米每秒，磨削深度也不能太多，不要超过0.02个毫米，工件的移动速度也有要求，大概在12-16米没分钟之内，磨削液不仅仅要很好的散热，还要强调他的润滑效果，这样能有效抑制粘结现象的出现，如果是干磨的话，那润滑剂可以采用固态润滑剂浸渗的砂轮。
> 4.2 钛合金磨削中砂轮粘结现象及其抑制措施
由于在钛合金在磨削过程中，一般会存在较高的磨削温度和较大的法向力，这样剧烈塑性变形就会在磨削区的钛合金中出现，磨料和金属之间经过物理的或者化学的吸附作用产生粘结效应；造成被磨金属向磨粒的转移的原因是剪切力的影响，从而导致砂轮粘结。最后导致磨粒破碎，当磨削力超过磨粒间结合力的大小时，磨粒和粘结物就会从砂轮上剥离。
> 4.3 高速高效磨削
湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心设计制造的超高速磨削机床上有学者对TC4钛合金材料进行了高速高效磨削。研究中分析了单位面积磨削力及比磨削能受磨削用量的影响规律。砂轮线速度vs如果增大则单位面积磨削力出现明显的下降，但工作台速度vw和磨削深度ap的增大的话单位面积磨削力则上升。砂轮线速度vs如果增则比磨削能上升，但是如果工作台速度vw以及磨削深度ap增大则比磨削能下降。