钛合金因其比强度高、耐热性和耐腐蚀性好的优点,在航空、航天、船舶、石油、化工、汽车等行业的需求量与日俱增,然而其较差的切削加工性,已经成为制约钛合金材料进一步推广应用的技术瓶颈,于是围绕钛合金切削加工而开展的新工艺和新技术研究逐渐成为热点。钛合金热氢处理技术是以氢作为临时合金化元素,通过控制钛氢系统中置氢量、存在状态及相变过程,实现钛氢系统最佳组织结构,从而改善钛合金加工性能的一种新工艺、新方法。本文在国家自然科学基金(50775115)资助下,针对钛合金TC4材料,开展了热氢处理改善其切削加工性的基础研究。主要研究工作包括如下方面:1.改善钛合金切削加工性的热氢处理工艺研究。通过理论分析和试验研究,摸索出改善钛合金切削加工性的热氢处理工艺具体工艺过程。由不同置氢量钛合金的切削力、切削温度和刀具耐用度对比结果,优选出改善钛合金切削加工性的合理热氢处理工艺参数和置氢量范围,为置氢钛合金切削加工机理的研究奠定基础。2.置氢钛合金材料的显微组织、力学和物理性能研究。运用光学显微镜、XRD对置氢钛合金材料显微组织进行了分析,比较了组织中各相的组成比例、大小等特点。分析了置氢量对材料屈服强度、弹性模量、冲击韧性、断面收缩率、延伸率、抗拉强度、维氏硬度、高温流变应力等力学性能参数,以及热传导率等物理性能参数的影响规律;探讨了置氢量对材料组织、物理和力学性能影响的原因。为揭示热氢处理改善钛合金切削加工性的机理提供材料的基础数据。3.置氢钛合金的切削变形研究。通过爆炸落刀试验,获得了置氢钛合金切屑根部,分析和比较了切削变形区特征和切削变形参数大小;从宏观和微观的角度对切屑形态进行了系统分析;探讨了置氢钛合金锯齿形切屑绝热剪切断裂的微观机理。4.置氢钛合金的切削摩擦学研究。搭建了模拟切削过程的恒力加载试验平台,开展了置氢钛合金和硬质合金刀具之间的摩擦磨损试验研究。测量和分析了不同置氢量钛合金/硬质合金摩擦副的摩擦学基本性能参数,分析了置氢钛合金和硬质合金磨损区的磨损形貌和元素组成,揭示了各摩擦副单元的磨损机制。为刀具磨损机理分析提供依据。5.置氢钛合金的刀具磨损研究。采用三维视频显微镜、SEM和EDS等分析仪器,对不同置氢量钛合金车削过程中刀具磨损进行了跟踪测量和比较,分析了刀具磨损的形态特征,揭示了切削置氢钛合金时的刀具磨损机理。为置氢钛合金切削加工性的评价提供依据。6.置氢钛合金切削加工性改善效果的评价。以刀具耐用度、断屑效果作为衡量指标,评价了热氢处理改善钛合金切削加工性的效果,确定出改善钛合金切削加工性的最佳置氢量。从置氢钛合金组织、力学和物理性能参数、位错、切削变形、摩擦特性以及刀具磨损的角度,探讨了置氢钛合金切削加工性改善及存在最佳置氢量的原因。