Razlozi zašto je legura titana teška za obradu i kako se nositi s tim

Titanijum je važan strukturni metal razvijen 1950-ih. Titanijumske legure se široko koriste u raznim oblastima zbog svoje visoke čvrstoće, dobre otpornosti na koroziju i visoke otpornosti na toplotu. Mnoge zemlje u svijetu prepoznale su važnost materijala od legura titanijuma, sukcesivno su provodile istraživanja i razvoj na njima i dobile praktičnu primjenu. Tokom 1950-ih i 1960-ih, uglavnom su se razvijale legure titanijuma na visokim temperaturama za vazduhoplovne motore i strukturne legure titanijuma za konstrukcije aviona. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća razvijena je serija legura titanijuma otpornih na koroziju. Od 1980-ih, legure titanijuma otporne na koroziju i legure titana visoke čvrstoće su se dalje razvijale. razvijati.

Legura titana donijela je određene izazove prerađivačkoj industriji zbog svojih karakteristika koje se teško obrađuju.

Gustoća titanijumskih legura je općenito oko 4,51 g/kubni centimetar, što je samo 60% čelika. Gustoća čistog titanijuma je samo blizu gustine običnog čelika. Neke legure titana visoke čvrstoće premašuju snagu mnogih legiranih konstrukcijskih čelika. Stoga je specifična čvrstoća (čvrstoća/gustina) legure titanijuma mnogo veća od one kod drugih metalnih konstrukcijskih materijala, a mogu se proizvesti delovi velike jedinične čvrstoće, dobre krutosti i male težine. Legure titana se koriste u komponentama motora aviona, okvirima, omotaču, pričvršćivačima i stajnim trapom. Osim toga, legure titana također se široko koriste u automobilskim dijelovima, medicinskoj opremi i elektronskoj 3C industriji.

Sila rezanja pri obradi titanijumskih legura je samo nešto veća od one kod čelika iste tvrdoće, ali su fizičke pojave obrade titanijumskih legura mnogo složenije od obrade čelika, zbog čega se prerada titanijumskih legura suočava sa ogromnim poteškoćama.
Toplotna provodljivost većine titanijumskih legura je veoma niska, samo 1/7 čelika i 1/16 aluminijuma. Zbog toga se toplota stvorena tokom rezanja legure titanijuma neće brzo preneti na radni komad ili oduzeti strugotinama. Umjesto toga, akumuliraće se u području rezanja, a generirana temperatura može doseći više od 1000 stepeni, uzrokujući brzo habanje rezne ivice alata, pucanje i stvaranje nagomilanih ivica, a rezna ivica se brzo istroši, što stvara više topline u području rezanja i dodatno skraćuje vijek trajanja alata.

Visoka temperatura nastala tokom procesa rezanja također uništava površinski integritet dijelova od legure titanijuma, što rezultira smanjenjem geometrijske tačnosti dijelova i fenomenom očvršćavanja koji ozbiljno smanjuje njihovu čvrstoću na zamor.
Elastičnost titanijumskih legura može biti korisna za performanse delova, ali tokom procesa rezanja, elastična deformacija radnog komada je važan uzrok vibracija. Pritisak rezanja uzrokuje da se "elastičan" radni komad udalji od alata i odbije, uzrokujući da trenje između alata i obratka nadmašuje radnju rezanja. Proces trenja također stvara toplinu, što pogoršava problem loše toplinske provodljivosti titanijumskih legura.
Ovaj problem je još teži kada se obrađuju tankozidni ili prstenasti dijelovi koji se lako deformiraju. Nije lako obraditi tankozidne dijelove od legure titana do očekivane točnosti dimenzija. Budući da kada alat odgurne materijal izratka, lokalna deformacija tankog zida prelazi opseg elastičnosti i dolazi do plastične deformacije, čvrstoća i tvrdoća materijala na mjestu rezanja značajno se povećavaju. U ovom trenutku, prvobitno određena brzina rezanja postaje previsoka, što dalje uzrokuje brzo trošenje alata.

Stoga je glavni krivac za poteškoće u preradi titanijumskih legura "toplina".

Da bi se prevladali ovi izazovi i uspješno se obrađuju titanijske legure, može se primijeniti nekoliko pristupa. To uključuje:

(1) Koristite geometrijske umetke pod pozitivnim uglom da biste smanjili silu rezanja, toplotu rezanja i deformaciju obratka.
(2) Održavajte konstantan dovod kako biste izbjegli stvrdnjavanje radnog komada. Alat mora uvijek biti u stanju uvlačenja tokom procesa rezanja. Količina radijalnog rezanja ae treba da bude 30% poluprečnika tokom glodanja.
(3) Koristite tekućinu za sečenje pod visokim pritiskom i visokim protokom kako biste osigurali termičku stabilnost procesa obrade i spriječili degeneraciju površine radnog komada i oštećenje alata uzrokovano previsokom temperaturom.
(4) Držite oštricu oštrice. Tupi alati su uzrok akumulacije topline i habanja, što lako može dovesti do kvara alata.
(5) Leguru titana obraditi u najmekšem stanju što je više moguće, jer materijal postaje teži za obradu nakon gašenja, a termička obrada povećava čvrstoću materijala i povećava habanje oštrice.
(6) Koristite veliki radijus luka vrha alata ili zakošenje da biste umetnuli što je moguće više ruba alata u rezanje. Ovo smanjuje silu rezanja i toplinu na svakoj točki i sprječava lokalni lom. Prilikom glodanja titanijumske legure, među parametrima rezanja, brzina rezanja ima najveći utjecaj na vijek trajanja alata vc, a zatim radijalno zahvatanje alata (dubina glodanja) ae.

Općenito, trošenje žljebova oštrice koje nastaje prilikom obrade titanijumskih legura je lokalno trošenje stražnje i prednje strane duž smjera dubine rezanja. Često je uzrokovan stvrdnutim slojem koji je ostao nakon prethodne obrade. Hemijska reakcija i difuzija između alata i materijala obratka na temperaturi obrade većoj od 800 stepeni je takođe jedan od uzroka habanja žlebova. Zato što se tokom procesa obrade molekuli titanijuma radnog komada akumuliraju ispred sečiva i pod visokim pritiskom i temperaturom se „zavare“ za sečivo, formirajući izgrađenu ivicu. Kada se izgrađena ivica odlijepi od rezne ivice, ona sa sobom nosi karbidni premaz pločice, tako da obrada titana zahtijeva posebne materijale i geometrije umetka.

Uslovi rezanja, uključujući brzinu rezanja, brzinu pomaka i dubinu rezanja, takođe igraju vitalnu ulogu u određivanju performansi reznog alata i kvaliteta gotovog dela. Optimalni parametri rezanja mogu varirati ovisno o vrsti legure titana koja se obrađuje, ali se općenito preporučuju sporije brzine rezanja i veće brzine posmaka kako bi se smanjila toplina i spriječilo stvrdnjavanje.

Korištenje odgovarajućeg sistema rashladne tekućine ključno je za održavanje reznih alata i radnih komada na pravoj temperaturi. Rashladne tečnosti na bazi vode, kao što su emulzije, široko se koriste u mašinskoj obradi titanijuma jer obezbeđuju efikasno hlađenje i svojstva podmazivanja bez izazivanja hemijskih reakcija sa materijalom.
Uprkos izazovima, titanijum ostaje veoma tražen materijal koji je ključan za mnoge moderne primene. Korištenjem pravih alata za sečenje, uslova rezanja, rashladnih sistema i naprednih tehnika obrade, poteškoće obrade ovog materijala mogu se prevazići i njegov puni potencijal osloboditi.