鈦金屬之分類

鈦合金具有良好之化學穩定性與抗潛變能力，因此經常使用做為各種生醫植入材料，是很重要之醫學應用材料。鈦金屬可分為純鈦、α合金、α＋β合金及β合金四大類。

純鈦在常溫為HCP(Hexagonal Close-Packed)晶格結構(α相)，在885℃左右變態成體心立方BCC(Body-Centered Cubic)結構(β相)，此溫度稱為β變態點。在純鈦中添加不同合金元素及不同添加量會改變β變態點位置，造成α＋β兩相區的出現。

合金元素根據它們對相變溫度的影響可分爲三類
穩定α相、提高相轉變溫度的元素爲α穩定元素，有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模數有明顯效果。

穩定β相、降低相變溫度的元素爲β穩定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；後者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。

對相變溫度影響不大的元素爲中性元素，有鋯、錫等。

α型：有很好的熱強性和熱穩定性，銲接性能好，室溫、超低溫和高溫性能良好，但不能進行熱處理強化。常用於噴氣發動機渦輪盤和葉片的製造。

β型：室溫的強度較高，冷加工和冷成型加工能力強，未熱處理即具有較高的強度，淬火時效後合金強度得到進一步強化，室溫強度可達1372~1666MPa；但熱穩定性較差，不宜在高溫下使用。

α+β型：組織穩定，韌性、塑性和高溫變形性能隨著β相穩定元素的增加而提高；有較好的熱壓力加工性，能進行淬火時效使合金強化，熱處理後的強度約比退火狀態提高50％ ~100％ ；高溫強度高，可在400~500°C的溫度下長期工作，其熱穩定性次於α鈦合金。α+β型鈦合金中Ti-6Al-4V是鈦合金中使用量最大的鈦合金。

鈦合金本身所具有的物理和化學性能給切削加工帶來了困難，具體表現有以下幾點。

鈦合金的導熱性差，是不良導熱體金屬材料。由於導熱、導溫係數小，所以在加工時所產生的高熱量不能有效擴散，同時刀具的切削刃和切屑的接觸長度短，使熱量大量聚集在切削刃上，溫度急劇上升，導致刀刃的紅硬性下降，刀刃軟化，加快刀具磨損。

鈦合金的親和力大。鈦合金在加工中黏刀現象嚴重。增大了刀體與工件的摩擦，摩擦導致大量的熱，降低了刀具的使用壽命。
高的化學活性。在加工中，隨著切屑溫度的升高，容易與空氣中的O、N、CO、CO2、H2O等發生反應，使間隙元素O、N的含量增加，工件的表面氧化變硬，難以加工，增大了刀具單位面積上所承受的切削力，刀尖應力變大，同時使前刀面和後刀面與工件的摩擦加劇，這將導致刀刃迅速磨損或崩刃。

抗蝕性好。在550℃以下鈦合金表面易形成緻密的氧化膜，故不容易被進一步氧化，對大氣、海水以及一些酸、鹼介質均有較高的抗蝕能力。但在 600℃以上溫度時，表面會形成氧化硬層，對刀具有強烈的磨損作用。 

刀具材料的選擇對於鈦合金加工有很大影響。加工鈦合金的理想刀具材料必須同時具備較高的熱硬度，良好的韌性、耐磨性，高的導熱係數和較低的化學活性，在銑削時，刀具還應具有良好的抗衝擊性。

當今在生產實際中用來加工鈦合金的刀具材料主要有：硬質合金、多晶鑽石燒結體(PCD)、多晶立方氮化硼(PCBN)等。經過生產實際驗證，硬質合金和PCD刀具被認為是加工鈦合金比較理想的刀具材料。

逢甲大學材料與製造工程碩士在職專班機械工程組-廖永富

摘要

表面粗糙度是評定加工品質最為重要的因子之一。本文係針對鈦合金(Ti-6Al-4V ELI)之切削加工，設定表面粗糙度為性能指標，運用田口方法之望目品質特性來進行實驗規劃與分析工作。其中，主要之切削參數因子包含主軸轉速、進給速率、及切削深度。藉由直交表實驗規劃，判斷相關因子與水準的重要程度，求得最佳之切削加工參數組合。

結論

因子重要度排序為每刃進刀量>切削徑向深度>軸向切削深度>切削速度。

最佳條件優於原始加工參數條件，材料移除率差異比例高達337.7%，證明最佳條件比原始加工參數條件更有效率移除材料，可縮短加工時間，減少切削成本、延長刀具使用壽命。

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切削速度：切削速度是影響刀刃溫度的重要因素。過高的切削速度會導致刀刃過熱、刀刃粘結和擴散磨損嚴重，縮短刀具壽命，同時會導致鈦合金工件表面層開裂或氧化，影響其力學性能，所以應在保證較大的刀具耐用度之前提下，選擇適當的切削速度，以降低成本，保證加工質量。

進刀深度和走刀量：走刀量對溫度變化的影響不大，所以降低切削速度增大走刀量是合理的切削方式。如果有氧化層和皮下氣孔層的情況，大的切深可以直接切到基體未氧化金屬層，提高刀具的壽命。

鈦合金切削加工主要原則2/2

切削刀具：在切削過程中不要停止走刀，否則會引起加工硬化或產生燒結擠裂而損壞刀具。當鑽孔時，縮短鑽頭長度、增加鑽心的厚度和導錐量，鑽頭的耐用度可提高好幾倍。

夾具的夾緊力：鈦合金的彈性模量小，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會降低工件的加工精度；工件安裝時夾緊力不宜過大，必要時可增加輔助支承。

切削液：足夠的切削液，進行潤滑冷卻，能將刀刃上的熱量帶走，並沖走切屑，減少切屑和刀具面的黏結，提高效率、降低成本，延長刀具的壽命。