鈦合金具有密度小（約4.5 g/cm3）、強(qiang)度高以及耐腐蝕(shi)（酸、堿、海水和大(da)氣等(deng)介質）等(deng)一系列優(you)良的力學和物理(li)性能(neng)。因此在航空、航天、核能(neng)、化工、石油、冶(ye)金和醫療器械等(deng)工業中得到越來越廣泛地應用。
（1）鈦(tai)合金的分(fen)類。鈦(tai)是同素異(yi)構體，溶點(dian)為1720℃，同素異(yi)構轉變溫度為882℃。
在(zai)低于882℃時(shi)，鈦呈(cheng)密排六方(fang)晶格(ge)結(jie)構，稱(cheng)為(wei)α鈦。在(zai)882℃以上時(shi)，呈(cheng)體心立方(fang)晶格(ge)結(jie)構，稱(cheng)為(wei)β鈦。利(li)用上述(shu)兩種結(jie)構的(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)特點，添(tian)加(jia)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)合(he)金元素，使其相(xiang)變溫度及相(xiang)分(fen)含量(liang)逐(zhu)漸改變，從而(er)得到(dao)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)組織的(de)鈦合(he)金。
在室溫下，鈦合金有三種基本組織，可分為以下三類。①α鈦合金。由α固溶體組成的單相合金。耐熱性高于純鈦，組織穩定，抗氧化能力強，在500～600℃下仍保持其強度，抗蠕變能力強，但不能進行熱處理強化，牌號有TA4～TA8。硬度為240～300HB，抗拉強度σb為340～981MPa，伸長率δ為10%～25%，沖擊值ak為（29.43～58.86）×104J/m2，熱導率к為7.54～10.47W/m·K。②β鈦合金。由β相固溶體組成的單相合金。不經熱處理就有較高的強度，淬火時效后，合金得到進一步強化，但熱穩定性差，不宜在高溫下使用，牌號有TB1、TB2。硬度為240～300HB，抗拉強度σb為1 079～1 373MPa，伸長率δ為18%，沖擊值ak為29.43×104J/m2，熱導率к為6.28W/m·K。③α+β鈦合金。由α和β雙向組成，既有α穩定元素，又有β穩定元素，如Cr、Co、Fe、Ni和Mn等β共析型元素，穩定了β相。Sn、Zr兩種元素在α和β相中都具有相當大的固溶性，是有效的強化劑。這類合金組織穩定，有良好的高溫變形性、韌性和塑性，能進行淬火和時效，使合金強化。熱處理后的強度比退火狀態提高50%～100%。高溫強度高，可在400～500℃下長期工作，熱穩定性僅次于α鈦合金。牌號有TC1～TC10。硬度為210～365HB，抗拉強σb為589～1 059MPa，伸長率δ為10%～15%，沖擊值ak為（29.43～44.15）×104J/m2，熱(re)導率к為(wei)5.44～9.63W/m·K。
三種(zhong)鈦(tai)合(he)金中(zhong)，α鈦(tai)合(he)金的切(qie)削(xue)加工性相對較好，α+β鈦(tai)合(he)金次之，β鈦(tai)合(he)金最差。其中(zhong)，最常用的是α鈦(tai)合(he)金和α+β鈦(tai)合(he)金。
（2）鈦合金的性能特點。①比強度高。鈦合金的密度小，強度高，所以他的比強度（σb/ρ）大于超高強度鋼。②熱強性高。鈦合金的熱穩定性好，高溫強度高，能在500℃下長期工作，而鋁合金只能在200℃以下工作。鈦合金在300～500℃溫度下的強度比鋁合金約高10倍。③抗蝕性好。鈦合金在潮濕大氣和海水介質中能長期工作，其抗蝕能力遠優于不銹鋼。對點蝕、酸蝕和應力腐蝕的抵抗能力很強。對堿、氯化物、氯的有機化合物、硝酸以及硫酸等有優越的抗蝕能力。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。④化學活性大。鈦與大氣中的O、N、H、CO、CO2、水(shui)蒸氣(qi)和(he)氮氣(qi)等產生強烈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化學反應(ying)。當含碳量(liang)大于0.2%時，會在(zai)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金中(zhong)形(xing)成硬(ying)(ying)(ying)質TiC。溫度較高(gao)時，與N作用，也(ye)會形(xing)成TiN硬(ying)(ying)(ying)質表(biao)層(ceng)。在(zai)600℃以上(shang)時，鈦(tai)(tai)(tai)(tai)能(neng)吸收(shou)氧形(xing)成硬(ying)(ying)(ying)度較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)(ying)(ying)化層(ceng)。氫含量(liang)上(shang)升(sheng)，也(ye)會形(xing)成硬(ying)(ying)(ying)化層(ceng)。鈦(tai)(tai)(tai)(tai)吸收(shou)氣(qi)體(ti)而(er)產生硬(ying)(ying)(ying)脆表(biao)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)深度可(ke)達0.1～0.15mm，硬(ying)(ying)(ying)化程度比(bi)基(ji)體(ti)硬(ying)(ying)(ying)度高(gao)20%～30%。鈦(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化學親和(he)性(xing)(xing)也(ye)大，易與摩擦表(biao)面產生粘結現象。⑤熱(re)導率低，彈性(xing)(xing)模(mo)量(liang)小。鈦(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)導率很低，為15.24W/m·K，是鎳(nie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/4，鐵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/5，鋁的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/4。而(er)各種(zhong)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)導率更低，一(yi)般為鈦(tai)(tai)(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)50%。如TC4的(de)(de)(de)(de)(de)(de)к為7.95W/m·K，TC9的(de)(de)(de)(de)(de)(de)к為7.12W/m·K。鈦(tai)(tai)(tai)(tai)和(he)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金的(de)(de)(de)(de)(de)(de)彈性(xing)(xing)模(mo)量(liang)E為110 000MPa，約為一(yi)般鋼材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/2，故剛度差，易變形(xing)。⑥低溫性(xing)(xing)能(neng)好。鈦(tai)(tai)(tai)(tai)合金在(zai)低溫和(he)超低溫（－100～－253℃）條(tiao)件下，仍保(bao)持其力學性(xing)(xing)能(neng),是一(yi)種(zhong)重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)低溫結構(gou)材(cai)料。
鈦的(de)(de)(de)溶點高（1 720℃），激活能(neng)(neng)大，晶格原子不(bu)易脫離(li)其平衡位置，故在切(qie)(qie)削加(jia)工時(shi)，切(qie)(qie)離(li)成切(qie)(qie)屑所消耗的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量大。加(jia)入的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)元素愈多，則合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)強度(du)、硬度(du)愈高，愈難(nan)于(yu)切(qie)(qie)削加(jia)工。試驗證明，鈦合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)硬度(du)大于(yu)350HBW時(shi)，切(qie)(qie)削加(jia)工越困難(nan)。而硬度(du)小于(yu)300HBW時(shi)，易出現粘刀，也難(nan)于(yu)切(qie)(qie)削。鈦合(he)(he)(he)金(jin)最好的(de)(de)(de)切(qie)(qie)削加(jia)工硬度(du)是(shi)300～350HBW。鈦合(he)(he)(he)金(jin)難(nan)于(yu)切(qie)(qie)削的(de)(de)(de)原因(yin)不(bu)只(zhi)是(shi)硬度(du)這一(yi)項，還因(yin)他本(ben)身的(de)(de)(de)其他力學(xue)性能(neng)(neng)、物理性能(neng)(neng)和化學(xue)性能(neng)(neng)等(deng)因(yin)素的(de)(de)(de)影響。其切(qie)(qie)削特點如下。
（1）變形(xing)系(xi)數(shu)(shu)小。切(qie)削鈦(tai)(tai)合金的切(qie)屑(xie)變形(xing)系(xi)數(shu)(shu)略小于(yu)1或接近(jin)于(yu)1，這是切(qie)削鈦(tai)(tai)合金時一(yi)大(da)顯著特(te)點。其塑形(xing)變形(xing)小和(he)切(qie)屑(xie)收縮率小，是因為在切(qie)削高(gao)溫(wen)時，鈦(tai)(tai)由α向β轉變，而β鈦(tai)(tai)的體積增(zeng)大(da)，引(yin)起切(qie)屑(xie)增(zeng)長，在高(gao)溫(wen)的作用下，鈦(tai)(tai)屑(xie)吸收空氣中的O、H和(he)N，使鈦(tai)(tai)屑(xie)喪失了塑性，切(qie)屑(xie)不再收縮。
（2）切(qie)(qie)削溫(wen)度高(gao)。由于鈦合金的熱導率低，切(qie)(qie)削熱傳(chuan)出困(kun)難，致使(shi)切(qie)(qie)削區溫(wen)度增高(gao)。所以(yi)在相(xiang)同的切(qie)(qie)削條件下，他(ta)的切(qie)(qie)削溫(wen)度比切(qie)(qie)削45鋼(gang)高(gao)將近1倍。還因其塑性變形小(xiao)，切(qie)(qie)屑與前(qian)刀面接觸短(duan)，切(qie)(qie)削熱集中(zhong)于切(qie)(qie)削刃狹小(xiao)區域內，不(bu)易(yi)傳(chuan)出而造成(cheng)。
（3）單位(wei)面(mian)積(ji)上的(de)切(qie)削力大(da)(da)。切(qie)削鈦合金的(de)主切(qie)削力比(bi)切(qie)削一(yi)般鋼(gang)材小20%左(zuo)右。但(dan)由于刀具與(yu)切(qie)屑的(de)接觸的(de)長度短，使單位(wei)面(mian)積(ji)上的(de)切(qie)削大(da)(da)大(da)(da)增加，容易造成刀具崩刃。
（4）刀(dao)具(ju)(ju)(ju)易磨(mo)損。鈦(tai)合(he)金毛坯經(jing)過(guo)鍛造(zao)、熱軋等(deng)方法加工后(hou)(hou)，形成(cheng)硬而脆(cui)的(de)(de)(de)不均(jun)勻外皮，極易造(zao)成(cheng)刀(dao)具(ju)(ju)(ju)磨(mo)損。再(zai)由(you)于(yu)他的(de)(de)(de)切削(xue)(xue)溫度高，切屑與刀(dao)具(ju)(ju)(ju)前刀(dao)面(mian)接觸短，散熱條件差，加之其彈(dan)性(xing)模量(liang)小，彈(dan)性(xing)恢復大(da)（約為(wei)切削(xue)(xue)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)2～3倍），與刀(dao)具(ju)(ju)(ju)后(hou)(hou)刀(dao)面(mian)的(de)(de)(de)摩擦面(mian)積大(da)，親和(he)(he)性(xing)大(da)，易造(zao)成(cheng)刀(dao)具(ju)(ju)(ju)磨(mo)料、粘結、擴散和(he)(he)氧化磨(mo)損。
（5）易產生表面(mian)變質污染(ran)層(ceng)。由于鈦合金的化學(xue)活(huo)性大，易與各種(zhong)氣(qi)體雜質產生強烈的化學(xue)反應。如O、N、H、C等侵入(ru)鈦合金表層(ceng)，易形成TiC、TiN硬(ying)質表層(ceng)，致使表層(ceng)的硬(ying)度和脆性上升(sheng)。
（1）切(qie)削(xue)(xue)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)刀(dao)(dao)具材(cai)料。切(qie)削(xue)(xue)加工鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)時，應(ying)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)、耐(nai)(nai)磨(mo)性好(hao)(hao)、抗彎(wan)強度(du)(du)(du)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)、熱導率高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)和(he)(he)與鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)親和(he)(he)作用(yong)(yong)(yong)小的(de)刀(dao)(dao)具材(cai)料。①高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)速(su)鋼。應(ying)首選(xuan)含鋁、含鈷超(chao)(chao)硬(ying)(ying)(ying)(ying)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)速(su)鋼和(he)(he)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)釩高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)速(su)鋼，因其常溫(wen)和(he)(he)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)比普通(tong)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)速(su)鋼高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)6～8HRC，刀(dao)(dao)具耐(nai)(nai)用(yong)(yong)(yong)度(du)(du)(du)可(ke)提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)4倍以上。牌(pai)號有W6Mo5Cr4Ν2Al、W2Mo9Cr4ΝCo8以及W12Mo3Cr4Ν3Co5Si等(deng)。②硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)。應(ying)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)添加TaC或(huo)NbC的(de)YG類細晶粒或(huo)超(chao)(chao)細晶粒硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)。這類合(he)(he)金(jin)(jin)不(bu)僅硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)、耐(nai)(nai)磨(mo)性好(hao)(hao)，而且刀(dao)(dao)具耐(nai)(nai)用(yong)(yong)(yong)度(du)(du)(du)也高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)幾倍。牌(pai)號有YS2、YG813、YD15和(he)(he)YG6x等(deng)。涂(tu)層硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)不(bu)宜選(xuan)TiN和(he)(he)TiC涂(tu)層，應(ying)選(xuan)TiAlN和(he)(he)TiAlSi涂(tu)層及金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)涂(tu)層。③超(chao)(chao)硬(ying)(ying)(ying)(ying)刀(dao)(dao)具材(cai)料。如人(ren)造聚(ju)晶金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)（PCD）、人(ren)造厚膜釬焊金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)（CΝD）和(he)(he)立方氮化硼（PCBN）。他們(men)均可(ke)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)速(su)（Νc≥200m/min）切(qie)削(xue)(xue)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)，其刀(dao)(dao)具耐(nai)(nai)用(yong)(yong)(yong)度(du)(du)(du)是硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)幾十倍至(zhi)幾百倍，且加工質(zhi)量好(hao)(hao)。
（2）切削鈦合金的刀具幾何參數。①前角。鈦合金在切削時，切屑與刀具前刀面接觸很短，前角小時，可增大切屑與前刀面的接觸面積，使切削力和切削熱不致過分集中在刀具刃口上，改善散熱條件的同時保護刀刃，減少了崩刃的可能性。一般γ0=5°～15°。高速鋼刀具，γ0=10°～15°。超硬刀具材料的刀具，γ0=0°～5°。②后角。由于鈦合金的彈性模量小，為一般鋼材的1/2，所以在切削時，切削表面和已加工表面的彈性恢復大，為了減小刀具后刀面和工件的摩擦和磨損，一般α0≥15°。③主、副偏角。鈦合金在切削時，切削溫度高，刀屑接觸短，為增大刀尖強度、改善散熱條件并減小刀刃單位長度負荷，在粗加工時，κr≤45°，κr'=10°～15°；精加工時，κr＞75°。④刃傾角。由于毛坯表皮組織不均勻和硬皮，為了增大刀尖強度，粗加工時，λs=-5°～-3°；精加工時，λs=0°～3°。⑤刀尖圓弧半徑。一般取rε=0.8～1.2mm。
（3）切削鈦合金的切削用量。由于鈦合金的性能和切削特點，影響刀具耐用度的主要因素為切削溫度。因此，力求選用最佳切削溫度下相對應的切削速度。高速鋼刀具的最佳切削溫度為480～540℃，相對應的切削速度為νc=8～12m/min；硬質合金刀具的最佳切削溫度為650～750℃，相對應的切削速度為Νc=25～54m/min。但進給量對鈦合金的切削溫度也影響比較大，?大切削溫度高，所以一般?不宜大于0.3mm/r。PCD、CΝD刀具的Νc=100～200m/min，但(dan)一般(ban)干切(qie)(qie)取小值，濕切(qie)(qie)取中偏大值。切(qie)(qie)削鈦(tai)合金時，應避免高速微量干切(qie)(qie)削，以(yi)免微小的(de)鈦(tai)屑(xie)在空氣中發生(sheng)自燃。
（4）切(qie)(qie)削(xue)(xue)鈦(tai)合金的切(qie)(qie)削(xue)(xue)液(ye)。為(wei)了降低(di)切(qie)(qie)削(xue)(xue)溫(wen)度，應在切(qie)(qie)削(xue)(xue)區澆注大(da)(da)量(liang)以冷(leng)卻為(wei)主的切(qie)(qie)削(xue)(xue)液(ye)。對切(qie)(qie)削(xue)(xue)液(ye)的熱(re)(re)導(dao)率、比熱(re)(re)、熱(re)(re)容量(liang)、汽(qi)化熱(re)(re)、汽(qi)化速度、流量(liang)和流速要求較(jiao)高。一般是水比油(you)的熱(re)(re)導(dao)率高3～5倍，比熱(re)(re)大(da)(da)1倍，汽(qi)化熱(re)(re)大(da)(da)約10倍，故水溶性(xing)冷(leng)卻性(xing)能最(zui)好。在車削(xue)(xue)、銑削(xue)(xue)和鉆削(xue)(xue)時，常采用乳化液(ye)或采用添加(jia)極壓添加(jia)劑（含S、P和Cl）的水溶液(ye)。
極壓水溶液(ye)的配方(fang)是：氯化脂肪(fang)酸、聚(ju)氯乙烯0.5%～0.8%，磷酸三鈉(na)0.5%，三乙醇胺(an)1%～2%，亞硝酸鈉(na)1.2%，其(qi)余(yu)為水。
在(zai)擴孔、鉸(jiao)孔、拉削和攻絲(si)時，應采(cai)用潤滑性能好的(de)極壓切削油(you)、蓖(bi)麻(ma)油(you)、油(you)酸、硫化油(you)和氯(lv)化油(you)等。
（5）切削鈦合金應注意的問題。①切削鈦合金時應避免微量切削，以避免自燃現象發生。一旦著火，應采用滑石粉、石灰粉和干砂滅火。嚴禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器，不能澆水，以免加速燃燒，導致氫爆炸。②在銑削時，應盡量采用順銑和不對稱銑，這樣在切離時切屑很薄，不易粘在刀刃上，避免在切入時損壞刀刃。不對稱銑的偏心距e=(0.04～0.1)d0，d0為銑刀直徑。③由于鈦合金的彈性模量為鋼材的1/2，在夾緊時易產生變形，直接影響加工精度。所以在安裝工件時，夾緊力要適當而不宜過大，必要時增加輔助支撐。④采用高速鋼鉆頭鉆孔時，鉆型盡可能采用三尖七刃的群鉆，鋒角2φ=135°～140°，橫刃寬度b=(0.05～0.1)d0，有利于排屑和減小軸向力及改善散熱條件。Νc≤12m/min，Νc偏高會加快鉆頭(tou)磨(mo)損。⑤攻絲(si)是切削鈦(tai)合(he)金最困難的工(gong)序，特別是小直徑螺紋。因其彈性模量小，回(hui)彈大(da)，絲(si)錐(zhui)與工(gong)件接(jie)觸面積大(da)，造成摩擦扭矩(ju)增大(da)，一般約為(wei)攻45鋼(gang)的1倍，造成絲(si)錐(zhui)磨(mo)損過快，甚(shen)至被咬死折斷在(zai)螺孔(kong)中。為(wei)了改變這種(zhong)不良現象，應在(zai)攻絲(si)前把(ba)絲(si)錐(zhui)的后角用(yong)金剛石(shi)什錦銼加大(da)到(dao)約15°，且適(shi)當加大(da)螺紋底孔(kong)直，使牙高率為(wei)70%左右。
雖然鈦合(he)金屬于難切(qie)削(xue)材料(liao)，但只要熟知他的性能和(he)切(qie)削(xue)特點，合(he)理選擇刀具材料(liao)、刀具幾何參數、切(qie)削(xue)用量(liang)、切(qie)削(xue)液和(he)注意在切(qie)削(xue)中的問題，就一定能順(shun)利完成(cheng)對他的各(ge)種切(qie)削(xue)加工。