Руководство по обработке титановых сплавов

Титан и его сплавы используют свои уникальные свойства для все более широкого применения в аэрокосмической и биомедицинской областях. Этот популярный металл обладает антикоррозионным и антихимическим действием, поддается переработке, имеет малый вес, высокую прочность и отличную коррозионную стойкость, что решает многие инженерные проблемы. Детали из титана служат дольше и обеспечивают лучшую производительность и результаты, чем другие металлы и материалы.

Титан на 30% выше стали, но почти на 50% легче стали. Титан на 60% тяжелее алюминия, но его прочность в два раза выше, чем у алюминия. Однако при обработке титановых сплавов и выборе правильных инструментов и параметров необходимо учитывать некоторые проблемы.

Здесь мы подробно разбираемся в обработке титана, объясняем, почему так сложно обрабатывать титан, а также предоставляем некоторые технические идеи и советы, которые могут повысить эффективность обработки титана, а также включают его преимущества и области применения.

Обработка титана Разновидности

Существует множество марок и разновидностей титановых сплавов, более 100 видов. Каждый сплав имеет свои уникальные свойства и свойства. В промышленности доступно 40-50 видов, из которых наиболее часто используются более десяти. Включая различные вкусы промышленного чистого титана и выбранных титановых сплавов, таких как Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2,5Sn, TI-2AL-1,5Mn, Ti-3AL-2,5V, Ti-6AL-2Sn-4Zr-2Mo , Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3AL и Ti-0,20Pd, T-0,3Mo-0,8N и др. Однако для большинства стран первые два важных сплава (Ti-6Al -4В, Ti-5A-2,5Sn) являются наиболее типичными, и они также признаны в мире.

В соответствии с организационной классификацией титановые сплавы делятся на следующие три категории:α-сплавы, (α+β)-сплавы и β-сплавы.

Титановый сплав α

Это однофазный сплав, состоящий из твердого раствора α-фазы. Это α-фаза независимо от нормальной температуры или более высокой температуры практического применения, со стабильной структурой, более высокой износостойкостью, чем у чистого титана, и высокой стойкостью к окислению. При температуре от 500°С до 600°С он еще сохраняет свою прочность и сопротивление ползучести, но не может быть укреплен термической обработкой, а его прочность при комнатной температуре невысока.

бета-титановый сплав

Это однофазный сплав, состоящий из твердого раствора β-фазы. Обладает высокой прочностью без термической обработки. После закалки и старения сплав дополнительно упрочняется. Прочность при комнатной температуре может достигать 1372 ~ 1666 МПа; но термическая стабильность плохая и не подходит для использования при высоких температурах.

Титановый сплав α+β

Это двухфазный сплав с хорошими комплексными свойствами, хорошей структурной стабильностью, хорошей ударной вязкостью, пластичностью и свойствами высокотемпературной деформации, он может хорошо выполнять обработку горячим давлением, а также может подвергаться закалке и старению для упрочнения сплава. Прочность после термообработки примерно на 50-100% выше, чем в отожженном состоянии; жаропрочность высока, и он может работать в течение длительного времени при температуре 400 ℃ ~ 500 ℃, а его термическая стабильность уступает α-титановому сплаву.

Наиболее часто используемыми из трех титановых сплавов являются α-титановый сплав и α + β-титановый сплав. Титановый сплав α имеет наилучшую обрабатываемость, за ним следует титановый сплав α + β, а титановый сплав β является худшим.

Почему титан трудно обработка?

Физические явления титана обработка

Сила резания при обработке титанового сплава лишь немного выше, чем у стали той же твердости, но физическое явление обработки титанового сплава намного сложнее, чем при обработке стали, что делает обработку титанового сплава огромными трудностями.

Теплопроводность большинства титановых сплавов очень низкая, всего 1/7 теплопроводности стали и 1/16 теплопроводности алюминия. Поэтому выделяющееся в процессе резания титанового сплава тепло не будет быстро передаваться заготовке или уноситься стружкой, а будет концентрироваться в зоне резания. Генерируемая температура может достигать 1000 ℃, что приводит к быстрому износу режущей кромки инструмента, растрескиванию и образованию наростов, быстрому появлению изнашиваемых лезвий и выделению большего количества тепла в зоне резания, что еще больше сокращает срок службы инструмента. инструмент.

Высокая температура, возникающая в процессе резки, также разрушает целостность поверхности деталей из титанового сплава, что приводит к снижению геометрической точности деталей и явлению деформационного упрочнения, которое значительно снижает их усталостную прочность.

Эластичность титанового сплава может быть полезна для работы деталей, но в процессе резки упругая деформация заготовки является важной причиной вибрации. Давление резания заставляет «упругую» заготовку отрываться от инструмента и отскакивать, так что трение между инструментом и заготовкой больше, чем действие резания. В процессе трения также выделяется тепло, что усугубляет плохую теплопроводность титановых сплавов.

«Горячий» — «виновник» сложной обработки титановых сплавов!

Как улучшить обработку титана?

На основе понимания механизма обработки титановых сплавов, а также предыдущего опыта основные технологические ноу-хау для обработки титановых сплавов заключаются в следующем:

Больше охлаждающей жидкости

Титан является изолятором, поэтому тепло, выделяемое во время резки, имеет тенденцию оставаться вблизи режущего инструмента. Одним из очевидных способов борьбы с избыточным теплом является добавление охлаждающей жидкости. Рабочая зона и инструменты проходят пескоструйную обработку с помощью 10% концентрированной охлаждающей жидкости, подаваемой под высоким давлением, чтобы гарантировать, что область контакта остается прохладной, а вся теплоносящая стружка может быть смыта.

Охлаждающая жидкость высокого давления

Для токарных операций расположение и давление охлаждающей жидкости имеют решающее значение. При правильном применении можно достичь более высоких скоростей резания и скорости съема металла. Единственным недостатком является повторное отложение основного материала на поверхности детали. Этого можно избежать, спланировав стратегию резки и уменьшив давление охлаждающей жидкости для окончательной обработки.

Постоянный фид

Титан легко поддается механической обработке, то есть при резке материалов титан становится более твердым и, следовательно, изнашивает больше инструментов. Постоянная подача гарантирует, что затвердевший при механической обработке материал сведен к абсолютному минимуму.

Увеличить скорость подачи

Если станок это позволяет, увеличение скорости подачи означает, что инструмент проводит меньше времени в определенной области, поэтому больше не остается времени для накопления тепла и наклепа, влияющих на режущую кромку инструмента.

Инструмент запись

Твердосплавный наконечник с покрытием PVD является наиболее подходящим инструментом для резки титана. Также могут быть предоставлены более новые и более совершенные покрытия инструментов, такие как TiAIN (титан-алюминийнитрид). Титан — эластичный материал, поэтому этот острый инструмент просто необходим. Тупые инструменты протирают поверхность и вызывают дрожание.

Контроль стружки

Титан образует длинную стружку, которая может легко повредить инструмент и оставить следы на поверхности заготовки. Кроме того, длинные и тонкие стружки не идеальны, поскольку они не способствуют отводу тепла от рабочей зоны. Таким образом, при обработке титана идеальные инструменты и траектории движения идеально подходят для получения более мелкой и толстой стружки.

Путь к инструменту

Выбор правильной траектории движения инструмента при обработке титана так же важен, как и выбор правильного инструмента. При обработке титана абсолютно необходимо следить за тем, чтобы траектория движения инструмента всегда касалась заготовки. При нарезании канавки траектория инструмента в сочетании с циклоидальным рисунком сокращает время контакта любой канавки с материалом, что помогает ограничить накопление тепла. Введение режущего инструмента в заготовку и из нее помогает уменьшить удары и внезапные движения, которые могут серьезно повредить инструмент.

Станок

Надежный станок необходим для успешной обработки титана. Идеальный титановый фрезерный станок должен быть жестким, а шпиндель должен иметь возможность работать с низкой скоростью шпинделя и высоким крутящим моментом. Это помогает поглощать вибрацию и уменьшать вибрацию во время резки, что является распространенной проблемой при обработке титановых сплавов.

Преимущества и недостатки обработки титана

Титановый сплав имеет преимущества легкого веса, высокой прочности, хорошей коррозионной стойкости и т. д., поэтому он широко используется в автомобильной промышленности. Титановый сплав чаще всего используется в автомобильных двигателях. Низкая плотность титанового сплава позволяет уменьшить инерционную массу движущихся частей. В то же время титановая пружина клапана может увеличить свободную вибрацию, уменьшить вибрацию кузова автомобиля и увеличить скорость двигателя и выходную мощность.

Выбор титанового сплава может снизить нагрузку на связанные детали и уменьшить размер деталей, тем самым ухудшив качество двигателя и всего автомобиля. Уменьшение инерционной массы деталей снижает вибрацию и шум и улучшает работу двигателя. Применение титанового сплава к другим деталям может улучшить комфорт персонала и красоту автомобиля. В автомобильной промышленности титановый сплав сыграл неоценимую роль в экономии энергии и снижении потребления.

Высокая коррозионная стойкость, отличная биосовместимость и наилучшее соотношение прочности и веса среди всех металлов. Эти качества делают титановый сплав особенно востребованным материалом в аэрокосмической и медицинской промышленности.

Из-за сродства к другим элементам титан нельзя найти в природе, поэтому для его очистки требуются сложные и энергозатратные процессы. Это означает, что цена на титановые сплавы намного выше, чем на другие металлы, будь то начальная выплавка металла или последующая обработка.

Еще одним серьезным недостатком титана является техническая сложность процесса обработки.

Запись по теме:Все об обработке деталей из нержавеющей стали

Все о деталях для обработки латуни

Все об обработке алюминиевых деталей