近β 型高強Ti-10V-2Fe-3Al 合金對激光切割的響應

鈦合金尤其是亞穩態β 鈦合金，具有優異的物理及力學性能而得到廣泛應用。然而，亞穩態β 鈦合金因其高強韌性、高的化學反應活性以及低的熱導率等特性難于切削。激光加熱輔助切削(LAM)是一種近年發展起來的特種加工技術，在切削過程中，以激光束為熱源，對工件進行局部加熱，使其強度下降達到塑性切削的目的。已有實驗表明，采用LAM技術能夠改善α+β 或α 鈦合金的切削性，而是否能夠改善亞穩態β 鈦合金的切削性能還有待研究。為此，R. A. Rahman Rashid 等人采用LAM 技術對近β型高強Ti-10V-2Fe-3Al 合金進行了切削實驗研究。

實驗原材料為經三次真空電弧熔煉的φ650 mm Ti-10V-2Fe-3Al 合金鑄錠，其β 相變點溫度為830 ℃。將鑄錠在相變溫度以上開坯鍛造，變形量為60%。為了細化鑄態組織，再在兩相區鍛造成φ110 mm 棒材，變形量為70%。最后，將其鍛造成φ50 mm 棒材，并按照750 ℃× 3 h/AC+510 ℃× 8 h/AC 進行固溶加時效處理。然后分別采用LAM 技術及傳統切削技術對該棒材進行切削，切削深度均為1 mm，切削速度均在5 ～275 m/min 范圍內，進料速度均在0.05 ～0.28 mm/r 范圍內，且LAM 技術切削過程中激光功率為1 200 W。分別對比了不同切削速度、不同進料速度以及不同切削方法下切削力、切削溫度以及切口形貌的變化。研究表明，當切削溫度達到800 ℃左右時，Ti-10V-2Fe-3Al 這種近β 型鈦合金的熱軟化效果會超過應變硬化效果。而采用LAM 技術切削近β 型Ti-10V-2Fe-3Al 合金，當切削速度在5 ～275 m/min 范圍內時，切削溫度通常在800 ℃以上，即熱軟化占主導。然而，隨著切削速度的增加，切削溫度下降，切削壓力增大，激光束的加熱效率降低。總之，LAM 技術對Ti-10V-2Fe-3Al 這類高溫高強鈦合金切削性的改善效果沒有對α+β 或α 鈦合金的明顯。