浅论电火花加工技术在钛合金加工中的新进展

浅论电火花加工技术在钛合金加工中的新进展摘要：钛合金由于它的性能优越，在湿法冶金、航天、航空、石化工业、医药行业等许多领域中得到了广泛应用。但钛合金的内部组织比较紧密、硬度大难以切削，因此电火花加工技术在钛合金加工中的研究具有重要的意义。文章首先介绍了钛合金的应用以及电火花加工技术的应用，然后阐述了钛合金电火花加工技术的最新进展。关键词：钛合金；电火花加工技术；进展公元1791年，英国化学家格雷戈尔在研究钛铁矿和金红石时发现了钛，1795年德国化学家克拉普罗特分析匈牙利产出的红色金红石时也发现了钛元素，至今已有两百多年的历史了[1]。但是由于钛的化学性质活泼、熔点高等特点，纯钛的制取相当困难，导致钛以及钛合金的不能得到广泛使用。自上个世纪五十年代起，航空航天行业对钛资源迫切需要，针对钛本身的特点作出相应的措施，从而钛工业迅猛发展，在越来越多的行业领域得到广泛应用。1、钛合金的应用1.1钛合金在航空航天领域的应用与钢、铁、铝合金等材料相比较，钛合金属于新型的结构材料，在上个世纪四十年代末开发使用了钛合金，Ti-6Al-4V为代表的钛合金作为航空应用的主体材料，它可以代替钢和镍基超合金减重，在耐高温方面可取代铝合金、镍基超合金和钢，又因其具有高度抗腐蚀特点可代替铝合金和低合金钢，同时还具有高溶性的特点能代替铝合金与聚合物基复合材料。从此钛合金成为了不可或缺的金属材料。在航空航天领域广泛应用于飞机的机架、燃气涡轮发动机、直升机、太空应用等各个方面。1.2钛合金在非航空航天领域的应用钛合金在非航空航天领域的运用主要集中在医疗、汽车、化工、船舶和能源领域。由于钛合金耐腐蚀性能高，在海洋条件下有着独到的优势，因此被广泛运用在船舶行业。钛制耐压壳体主要是应用在深海的潜水器材跟潜艇上面，而水面船只一般都不采用。在航海技术较为发达的美国、法国、西班牙等国家，都采用了不同比重的钛制耐压壳体。美国的“海崖”号就装备了钛制观察仓跟操作仓，使下潜的深度达到了6100m[2]。钛合金不但具有高耐压强度，还有耐腐蚀速度，对器材的使用寿命有很大的提升效果，在船只的螺旋桨部位使用钛合金不但可以降低空泡腐蚀的速度，延长使用寿命，还可以加强螺旋桨的运作效率。1.3汽车工业行业当今的时代是绿色时代，节能减排一直是每一个国家重要推行的内容。我国是发展中国家，节能减排更加需要重视，在19世纪60年代，大众汽车就专门生产了一台全钛合金汽车，不仅减轻了车体的重量，还将钛合金的各项优良属性发挥到极致，延长使用寿命，增加运行效率。1.4其他行业钛合金的优良属性，让医疗器械、化工行业、体育器械、建筑行业等等都对其青睐，在此，就不一一对其应用进行叙述。2、电火花加工技术的应用2.1混粉工作液电火花镜面加工技术混粉工作液电火花镜面加工技术是通过在电火花工作液中添加一系列其他材料，如硅、铝等导电微小颗粒，采用这类技术不但可以降低加工过程中接触面的粗糙问题，还能有效提升接触面的硬度、耐磨性跟耐腐蚀性，而且还能够有效消除表面存在的裂纹。2.2微细电火花加工微细电火花加工技术具有电极制造简单，作用力小，控制性好等优点，因此，这项技术已经成为了微细机械制造领域的一个主要组成部分，在机械制造领域内被广泛应用。2.3陶瓷等非导电材料加工陶瓷等非导电材料加工最先起源于日本，主要原理是基于工业液比如煤油，在火花放电的时候出现的碳化导电现象，在非导电陶瓷端安装有导电的辅助电极，这样在工作电极跟辅助电极之间就会产生火花放电，从而让非导电陶瓷材料得到腐蚀[3]。该项技术已经逐步应用于聚晶金刚石、立方氮化硼、工程陶瓷等非导电超硬材料加工领域。2.4电火花铣削加工技术电火花铣削加工技术省去了传统的成型电极的设计跟制造过程，大幅度降低了电火花加工的工艺流程，从而提升了电火花加工对市场的快速应变能力。3、钛合金的电火花技术的应用与进展3.1、钛合金电火花成型加工从电火花成型加工的角度来讲，材料的可加工性主要是根据材料的导电性质及其热学特性来定的。比如材料的沸点、熔点、比热容等等。当放电的能量达到一定的时候，金属的特性跟热学特性就会粗线变化，从而导致电蚀量变少，材料就会更加难以加工。钛合金的熔点十分高，导热性比较差，在加工的时候需要消耗很大的能量才能完全达到气化，因此电火花成型加工技术是解决钛合金难加工材料的一种有效方法。3.2、钛合金电火花线切割加工电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电，产生瞬间高温，从而使工件切割成形。在进行钛合金电火花线切割加工的时候，采用越高的脉冲频率跟越低的脉宽，表面平均重铸层厚度都会比较小，表面显微硬度基本不会出现变化，能够得到质地较为高的表面质量。3.3、钛合金电火花强化加工钛合金的硬度比较低、摩擦因数比较大、耐磨性能比较差，对于微动磨损的敏感度比较高，因此，对于提升钛合金表面耐磨性的处理十分重要。在采用钛合金电火花加工的过程中，极间会产生高达10000℃的温度，能够使任何的强化介质与钛合金发生化学反应。因此在加工过程中加入含有N、O、C元素的单个或者多个强化介质，能够有效加强钛合金表面硬度[4]。结束语：相对于传统的切削加工方式，难以将钛合金处理好，特别是钛合金的深孔、窄缝等地方，采用电火花加工技术能够有效解决这些问题，显示出了电火花加工技术在钛合金加工中的独特优势。今后应该从改善钛合金表面电火花强化层的质量入手，提升钛合金的电火花强化效率，从而进一步提升钛合金表面性能，拓宽钛合金的应用领域与价值。参考文献：[1]叶勇,王金彦.钛合金的应用现状及加工技术发展概况[J].材料导报,2012(S2):360-363.[2]匡蒙生,胡伟民,郭爱红等.钛及钛合金在美海军舰船上的应用[J].鱼雷技术,2012(5):331-335.[3]杨大勇.电火花成形加工技术的发展概况[J].电加工与模具,2010(1):45-52.[4]连峰,张会臣.钛合金的电火花加工技术及最新研究进展[J].现代制造工程,2012(2):18-23.