Die Titanlegierung Gr4 ist aufgrund ihrer geringen Dichte, hohen spezifischen Festigkeit, guten Korrosionsbeständigkeit und guten Prozessleistung ein idealer Strukturwerkstoff für die Luft- und Raumfahrttechnik. In vielen Luft- und Raumfahrtanwendungen ersetzen Titan und seine Legierungen herkömmliche Aluminiumlegierungen. Heute verbraucht die Luft- und Raumfahrtindustrie etwa 42 % der weltweiten Gesamtproduktion von Titan, und es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Titan bis 2010 weiterhin zweistellig wachsen wird. Neue Flugzeuggenerationen müssen die Leistung voll ausnutzen Titanlegierungen bieten ein großes Potenzial, und sowohl der zivile als auch der militärische Flugzeugmarkt treiben die Nachfrage nach Titanlegierungen an. Neue Modelle wie die Boeing 787, der Airbus A380, der F-22 Raptor und der F-35 Joint Strike Fighter (auch bekannt als Lightning II) verwenden alle eine große Anzahl von Titanlegierungen. Vorteile von Titanlegierungsmaterialien Titanlegierungen zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit, hohe Bruchzähigkeit sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit aus. Da im Flugzeugrumpf immer mehr Verbundstrukturen zum Einsatz kommen, wird auch der Anteil der für den Rumpf verwendeten Werkstoffe auf Titanbasis zunehmen, denn die Kombination aus Titan und Verbundwerkstoffen ist Aluminiumlegierungen deutlich überlegen. Im Vergleich zu Aluminiumlegierungen können Titanlegierungen beispielsweise die Lebensdauer von Rumpfstrukturen um 60 % verlängern.
Titanlegierungen gelten im Allgemeinen als schwierig zu bearbeiten, da sie schwieriger zu bearbeiten sind als herkömmliche legierte Stähle. Die Zerspanungsrate einer typischen Titanlegierung beträgt nur etwa 25 % der der meisten gängigen Stähle oder Edelstähle, sodass die Bearbeitung eines Titanlegierungsteils etwa viermal so lange dauert wie die Bearbeitung eines Stahlteils. Um der wachsenden Nachfrage nach Titanlegierungsbearbeitung in der Luft- und Raumfahrtindustrie gerecht zu werden, müssen Hersteller ihre Produktionskapazität erhöhen und daher die Wirksamkeit von Bearbeitungsstrategien für Titanlegierungen besser verstehen. Die typische Bearbeitung von Titanwerkstücken beginnt mit dem Schmieden und wird fortgesetzt, bis 80 % des Materials entfernt wurden, um die endgültige Form des Teils zu erhalten.
Mit dem schnellen Wachstum des Marktes für Luft- und Raumfahrtkomponenten waren die Hersteller überfordert, und die gestiegene Nachfrage nach der Bearbeitung von Werkstücken aus Titanlegierungen aufgrund einer weniger effizienten Bearbeitung hat zu einer erheblichen Belastung der Bearbeitungskapazitäten für Titanlegierungen geführt. Einige führende Luft- und Raumfahrtunternehmen haben sogar öffentlich in Frage gestellt, ob die vorhandenen Bearbeitungskapazitäten alle neuen Werkstücke aus Titanlegierungen verarbeiten können. Da diese Werkstücke häufig aus neuen Legierungen bestehen, sind Änderungen in den Bearbeitungsmethoden und Werkzeugmaterialien erforderlich. Die Titanlegierung Ti-6Al-4V-Titanlegierung ist in drei verschiedenen Strukturformen erhältlich: a-Titanlegierung, ab-Titanlegierung und b-Titanlegierung. Handelsüblich reines Titan und a-Titanlegierungen sind nicht wärmebehandelbar, weisen jedoch normalerweise eine gute Schweißbarkeit auf; Ab-Titanlegierungen sind wärmebehandelbar und die meisten sind auch schweißbar; B- und Quasi-B-Titanlegierungen sind vollständig wärmebehandelbar und im Allgemeinen auch schweißbar.
Die Verarbeitung von Titanlegierungsteilen im Maschinenbau nimmt eine sehr wichtige Stellung ein. Die Schneidverarbeitung von Titanlegierungsmaterialien stellt derzeit die Schwierigkeiten in der Verarbeitungstechnologie dar. Um der wachsenden Nachfrage nach Werkstücken aus Titanlegierungen für die Luft- und Raumfahrt gerecht zu werden, muss die Schneidverarbeitung von Titanlegierungen in China große Fortschritte machen. Basierend auf den inländischen Bedingungen von Materialien, Werkzeugmaschinen und Management sind die weitere Stärkung der Optimierung der Prozessrouten für die Bearbeitung von Titanlegierungsmaterialien, die bevorzugte Auswahl von Bearbeitungsparametern und die Verbesserung der Bearbeitungseffizienz und Produktqualität wichtige Faktoren, um die Entwicklung inländischer Titanlegierungen zu fördern Industrie und Luft- und Raumfahrtindustrie. Das im Papier entwickelte Bohrwerkzeug für die zylindrische Oberflächenbearbeitung mit Innenhohlraum hat eine einfache Struktur und ist einfach herzustellen und zu verwenden, wodurch die Probleme des Bearbeitungsprozesses der Kugelringrahmenteile gelöst werden.
