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近β 型高强Ti-10V-2Fe-3Al 合金对激光切割的响应

2013-02-15何蕾

钛工业进展 2013年2期
关键词:切削速度棒材高强

钛合金尤其是亚稳态β 钛合金,具有优异的物理及力学性能而得到广泛应用。然而,亚稳态β 钛合金因其高强韧性、高的化学反应活性以及低的热导率等特性难于切削。激光加热辅助切削(LAM)是一种近年发展起来的特种加工技术,在切削过程中,以激光束为热源,对工件进行局部加热,使其强度下降达到塑性切削的目的。已有实验表明,采用LAM技术能够改善α+β 或α 钛合金的切削性,而是否能够改善亚稳态β 钛合金的切削性能还有待研究。为此,R. A. Rahman Rashid 等人采用LAM 技术对近β型高强Ti-10V-2Fe-3Al 合金进行了切削实验研究。

实验原材料为经三次真空电弧熔炼的φ650 mm Ti-10V-2Fe-3Al 合金铸锭,其β 相变点温度为830 ℃。将铸锭在相变温度以上开坯锻造,变形量为60%。为了细化铸态组织,再在两相区锻造成φ110 mm 棒材,变形量为70%。最后,将其锻造成φ50 mm 棒材,并按照750 ℃× 3 h/AC+510 ℃× 8 h/AC 进行固溶加时效处理。然后分别采用LAM 技术及传统切削技术对该棒材进行切削,切削深度均为1 mm,切削速度均在5 ~275 m/min 范围内,进料速度均在0.05 ~0.28 mm/r 范围内,且LAM 技术切削过程中激光功率为1 200 W。分别对比了不同切削速度、不同进料速度以及不同切削方法下切削力、切削温度以及切口形貌的变化。研究表明,当切削温度达到800 ℃左右时,Ti-10V-2Fe-3Al 这种近β 型钛合金的热软化效果会超过应变硬化效果。而采用LAM 技术切削近β 型Ti-10V-2Fe-3Al 合金,当切削速度在5 ~275 m/min 范围内时,切削温度通常在800 ℃以上,即热软化占主导。然而,随着切削速度的增加,切削温度下降,切削压力增大,激光束的加热效率降低。总之,LAM 技术对Ti-10V-2Fe-3Al 这类高温高强钛合金切削性的改善效果没有对α+β 或α 钛合金的明显。

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