激光快速成形TA15鈦合金硬度均勻性
材料的組織結構是影響機械加工工藝的重要因素之一。圖3為激光快速成形TA15鈦合金沿沉積生長方向的縱截面宏觀形貌，從圖中清晰可見與表面“魚鱗紋”狀形貌相對應的逐層熔化沉積痕跡。進一步的高倍顯微組織分析表明(圖4)，激光快速成形TA15鈦合金具有超細“網籃狀”特殊顯微組織，其α片層細小、片層集束取向隨機多樣，具有快速凝固組織特征，這是激光快速成形鈦合金具有優異綜合力學性能的凝固組織基礎。
圖3 激光快速成形TA15鈦合金典型顯微組織OM照片
材料硬度是影響其切削加工工藝的重要因素之一，激光快速成形TA15鈦合金材料橫截面和縱截面顯微硬度分布如圖5所示。可以看出，顯微硬度值分布均勻穩定，為HV350～HV400。
圖5 激光快速成形TA15鈦合金材料顯微硬度分布
研究同時表明，不同厚度試塊及沿不同方向，顯微硬度值均無較大波動，宏觀硬度測試結果同樣較為均勻穩定，為HRC40～HRC44。激光快速成形鈦合金材料顯微硬度對壁厚、形狀等的不敏感性與材料內部硬度分布的均勻性，為后續切削加工提供了穩定的有利條件。
激光快速成形TA15鈦合金切削工藝性能
1 刀具材料和刀具幾何參數選擇
由于鈦合金熱導率低、塑性低、金屬粘著傾向大等特性，對刀具壽命影響很大，刀具材料選用主要應從降低切削溫度和減少粘性2方面出發。通常應選擇紅硬性好、抗彎強度高、耐磨性高、導熱性能好且與鈦合金親和性差的刀具材料。
本課題以激光快速成形TA15鈦合金工字梁飛機典型結構為對象，對比研究了不同刀具的切削效果。結果表明，激光快速成形鈦合金切削加工的刀具材料和刀具幾何參數的選擇基本可沿用鍛件的選擇情況，但由于激光快速成形鈦合金零件的特殊表面形貌，在銑削表面氧化層過程中，可選用高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4V4Co8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al)等刀具材料以降低成本。
在激光快速成形TA15鈦合金飛機構件的銑削加工研究中發現，可以根據磨損和排屑等情況對銑刀進行修磨，改變銑刀的幾何參數，改善切削加工性能。采用可轉位刀具和硬質合金單刀銑削，粗加工時要求刀具前角、后角要小些，精加工時要求刀具前角、后角、螺旋角要偏大些或刀齒密些，并盡可能縮短切削刃長。加工激光快速成形TA15鈦合金飛機構件的刀具結構參數見表1。
2 切削參數的選擇
激光快速成形TA15 鈦合金材料切削參數的選擇與鍛件基本相同，一般原則是高的切削速度、中等的每齒進給量fz、較小的軸向切深ap 和適當大的徑向切深ae但是，在銑削表面層時要求大的切深，以避免表面波紋起伏、粘結硬質氧化物顆粒及表面滲氧硬質層對刀具的急劇磨損和“打刀”崩刃。
激光快速成形TA15鈦合金飛機短梁構件在加工表面層和正常粗加工時的銑削參數如表2所示(刀具材料均為Y330A)。
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