Leitfaden zur Bearbeitung von Titanlegierungen

Titan und Legierungen nutzen seine einzigartigen Eigenschaften, um in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Biomedizin immer häufiger eingesetzt zu werden. Dieses beliebte Metall hat Anti-Rost- und Anti-Chemikalien-Effekte, kann recycelt werden und hat ein geringes Gewicht, eine hohe Festigkeit und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die viele technische Probleme löst. Titanteile halten länger und bieten bessere Leistung und Ergebnisse als andere Metalle und Materialien.

Titan ist 30 % höher als Stahl, aber fast 50 % leichter als Stahl. Titan ist 60 % schwerer als Aluminium, aber seine Festigkeit ist doppelt so hoch wie die von Aluminium. Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen und der Auswahl der richtigen Werkzeuge und Parameter müssen jedoch einige Herausforderungen berücksichtigt werden.

Hier haben wir ein tiefes Verständnis der Titanbearbeitung, warum es so schwierig ist, Titan zu verarbeiten, und bieten einige technische Einblicke und Tipps, die die Erfolgsrate der Titanverarbeitung verbessern können, einschließlich ihrer Vorteile und Anwendung.

Titanbearbeitung Sorten

Es gibt viele Qualitäten und Sorten von Titanlegierungen, mehr als 100 Arten. Jede Legierung hat ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften und Eigenschaften. 40-50 Arten sind in der Industrie erhältlich, und mehr als zehn werden am häufigsten verwendet. Einschließlich verschiedener Geschmacksrichtungen von industriellem Reintitan und ausgewählten Titanlegierungen wie 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 und Ti-10V-2Fe-3AL und Ti-0,20Pd, T-0,3Mo-0,8N usw. Für die meisten Länder sind jedoch die ersten beiden wichtigen Legierungen (Ti-6Al -4V, Ti-5A-2.5Sn) sind die typischsten und werden auch von der Welt anerkannt.

Gemäß der Organisationsklassifikation werden Titanlegierungen in die folgenden drei Kategorien eingeteilt:α-Legierungen, (α+β)-Legierungen und β-Legierungen.

α-Titanlegierung

Es ist eine einphasige Legierung, die aus einer festen Lösung der α-Phase besteht. Es ist eine α-Phase, unabhängig von normaler Temperatur oder höherer praktischer Anwendungstemperatur, mit stabiler Struktur, höherer Verschleißfestigkeit als reines Titan und starker Oxidationsbeständigkeit. Bei einer Temperatur von 500°C bis 600°C behält es immer noch seine Festigkeit und Kriechfestigkeit bei, kann aber nicht durch Wärmebehandlung verstärkt werden, und seine Festigkeit bei Raumtemperatur ist nicht hoch.

β-Titanlegierung

Es ist eine einphasige Legierung, die aus einer festen β-Phasenlösung besteht. Es hat eine hohe Festigkeit ohne Wärmebehandlung. Nach dem Abschrecken und Altern wird die Legierung weiter gefestigt. Die Raumtemperaturfestigkeit kann 1372 ~ 1666 MPa erreichen; aber die thermische Stabilität ist schlecht und es ist nicht für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet.

α+β-Titanlegierung

Es ist eine zweiphasige Legierung mit guten umfassenden Eigenschaften, guter struktureller Stabilität, guter Zähigkeit, Plastizität und Hochtemperatur-Verformungseigenschaften und kann gut heißdruckverarbeitet werden und kann abgeschreckt und gealtert werden, um die Legierung zu festigen. Die Festigkeit nach Wärmebehandlung ist etwa 50 % - 100 % höher als im geglühten Zustand; Die Hochtemperaturfestigkeit ist hoch und es kann lange bei einer Temperatur von 400 ℃ ~ 500 ℃ arbeiten, und seine thermische Stabilität ist zweitrangig nach der einer α-Titanlegierung.

Die am häufigsten verwendeten der drei Titanlegierungen sind die α-Titanlegierung und die α + β-Titanlegierung. α-Titanlegierung hat die beste Bearbeitbarkeit, gefolgt von α + β-Titanlegierung und β-Titanlegierung ist die schlechteste.

Warum ist Titan schwer zu verarbeiten ? Bearbeitung?

Physikalische Phänomene von Titan Bearbeitung

Die Schnittkraft bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist nur geringfügig höher als die von Stahl gleicher Härte, aber das physikalische Phänomen der Bearbeitung von Titanlegierungen ist viel komplizierter als das der Bearbeitung von Stahl, was die Bearbeitung von Titanlegierungen vor enorme Schwierigkeiten stellt. P>

Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Titanlegierungen ist sehr gering, nur 1/7 der von Stahl und 1/16 der von Aluminium. Daher wird die beim Schneiden von Titanlegierungen erzeugte Wärme nicht schnell auf das Werkstück übertragen oder von den Spänen abgeführt, sondern im Schneidbereich konzentriert. Die erzeugte Temperatur kann bis zu 1.000 ℃ betragen, was dazu führt, dass die Schneidkante des Werkzeugs schnell verschleißt, reißt und eine Aufbauschneide erzeugt, Verschleißklingen schnell erscheinen und mehr Wärme im Schneidbereich erzeugen, was die Lebensdauer weiter verkürzt Werkzeug.

Die beim Schneidprozess erzeugte hohe Temperatur zerstört auch die Oberflächenintegrität der Titanlegierungsteile, was zu einer Verringerung der geometrischen Genauigkeit der Teile und einem Kaltverfestigungsphänomen führt, das ihre Dauerfestigkeit stark verringert.

Die Elastizität der Titanlegierung kann der Leistung von Teilen zugute kommen, aber beim Schneidprozess ist die elastische Verformung des Werkstücks eine wichtige Ursache für Vibrationen. Durch den Schneiddruck verlässt das „elastische“ Werkstück das Werkzeug und prallt zurück, sodass die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück größer ist als die Schneidwirkung. Der Reibungsprozess erzeugt auch Wärme, was die schlechte Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen verstärkt.

„Heiß“ ist der „Übeltäter“ bei der schwierigen Verarbeitung von Titanlegierungen!

Wie kann die Titanbearbeitung verbessert werden?

Auf der Grundlage des Verständnisses des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen sowie früherer Erfahrungen ist das wichtigste technologische Know-how für die Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:

Mehr Kühlmittel

Titan ist ein Isolator, daher neigt die während des Schneidvorgangs erzeugte Wärme dazu, in der Nähe des Schneidwerkzeugs zu bleiben. Eine offensichtliche Möglichkeit, mit überschüssiger Wärme umzugehen, besteht darin, Kühlmittel hinzuzufügen. Der Arbeitsbereich und die Werkzeuge werden mit 10 % konzentriertem Kühlmittel sandgestrahlt, das unter Hochdruck zugeführt wird, um sicherzustellen, dass die Kontaktfläche kühl bleibt und alle wärmetragenden Späne weggespült werden können.

Hochdruckkühlmittel

Bei Drehanwendungen sind Ort und Druck des Kühlmittels entscheidend. Bei richtiger Anwendung können höhere Schnittgeschwindigkeiten und Zeitspanvolumen erzielt werden. Der einzige Nachteil besteht darin, dass sich das darunter liegende Material wieder auf der Oberfläche des Teils ablagert. Dies kann überwunden werden, indem die Schnittstrategie geplant und der Kühlmitteldruck für die Endbearbeitung reduziert wird.

Konstanter Feed

Titan lässt sich leicht aufhärten, das heißt, beim Schneiden von Materialien wird Titan härter und verschleißt daher mehr Werkzeuge. Der konstante Vorschub sorgt dafür, dass die Zerspanung von aufgehärtetem Material auf ein absolutes Minimum reduziert wird.

Erhöhen Sie die Vorschubgeschwindigkeit

Wenn es die Maschine zulässt, führt eine Erhöhung des Vorschubs dazu, dass das Werkzeug weniger Zeit in einem bestimmten Bereich verbringt, sodass keine Zeit mehr für einen Wärmestau und eine Kaltverfestigung bleibt, die sich auf die Schneidkante des Werkzeugs auswirken.

Tool ing

Die PVD-beschichtete Hartmetallspitze ist das am besten geeignete Werkzeug zum Schneiden von Titan. Neuere und fortschrittlichere Werkzeugbeschichtungen können ebenfalls bereitgestellt werden, wie z. B. TiAIN (Titan-Aluminium-Nitrid). Titan ist ein elastisches Material, daher ist dieses scharfe Werkzeug absolut unverzichtbar. Stumpfe Werkzeuge wischen die Oberfläche ab und verursachen Jitter.

Chipkontrolle

Titan erzeugt lange Späne, die das Werkzeug leicht beschädigen und die Oberfläche des Werkstücks markieren können. Darüber hinaus sind lange, dünne Späne nicht ideal, da sie nicht dazu beitragen, Wärme vom Arbeitsbereich wegzuleiten. Daher sind bei der Bearbeitung von Titan ideale Werkzeuge und Werkzeugwege ideal, um kleinere und dickere Späne herzustellen.

Werkzeugpfad

Die Wahl des richtigen Werkzeugwegs bei der Bearbeitung von Titan ist ebenso wichtig wie die Wahl des richtigen Werkzeugs. Bei der Bearbeitung von Titan muss unbedingt darauf geachtet werden, dass die Werkzeugbahn immer am Werkstück angreift. Beim Schneiden einer Nut reduziert der Werkzeugweg in Kombination mit einem Zykloidenmuster die Zeit, in der eine Nut mit dem Material in Eingriff kommt, was dazu beiträgt, die Wärmestauung zu begrenzen. Das Ein- und Ausfahren des Schneidwerkzeugs in das Werkstück trägt dazu bei, Stöße und plötzliche Bewegungen zu reduzieren, die das Werkzeug schwer beschädigen können.

Werkzeugmaschine

Für die erfolgreiche Bearbeitung von Titan ist eine robuste Werkzeugmaschine unerlässlich. Die ideale Titanfräsmaschine muss steif sein und die Spindel muss mit niedriger Spindeldrehzahl und hohem Drehmoment laufen können. Dies trägt dazu bei, Vibrationen zu absorbieren und Rattern während des Schneidens zu reduzieren, was ein häufiges Problem bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist.

Vor- und Nachteile der Titanbearbeitung

Titanlegierungen haben die Vorteile von geringem Gewicht, hoher Festigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit usw., weshalb sie in der Automobilindustrie weit verbreitet sind. Die am häufigsten verwendete Titanlegierung findet sich in Automotorsystemen. Die geringe Dichte der Titanlegierung kann die Trägheitsmasse beweglicher Teile reduzieren. Gleichzeitig kann die Titan-Ventilfeder die freie Vibration erhöhen, die Vibration der Fahrzeugkarosserie reduzieren und die Motordrehzahl und Ausgangsleistung erhöhen.

Die Wahl einer Titanlegierung kann die Belastungsbelastung der zugehörigen Teile verringern und die Größe der Teile verringern, wodurch die Qualität des Motors und des gesamten Fahrzeugs verringert wird. Die Verringerung der Trägheitsmasse der Teile verringert Vibrationen und Geräusche und verbessert die Leistung des Motors. Die Anwendung einer Titanlegierung auf andere Teile kann den Komfort des Personals und die Schönheit des Autos verbessern. Bei der Anwendung in der Automobilindustrie hat die Titanlegierung eine unschätzbare Rolle bei der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung gespielt.

Hohe Korrosionsbeständigkeit, ausgezeichnete Biokompatibilität und das beste Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aller Metalle. Diese Eigenschaften machen Titanlegierungen zu einem besonders begehrten Material in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik.

Da Titan aufgrund seiner Affinität zu anderen Elementen nicht natürlich vorkommt, sind aufwendige und energieaufwändige Prozesse zu seiner Veredelung erforderlich. Dies bedeutet, dass der Preis von Titanlegierungen viel höher ist als bei anderen Metallen, sei es beim anfänglichen Schmelzen des Metalls oder bei der anschließenden Verarbeitung.

Ein weiterer großer Nachteil von Titan ist die technische Schwierigkeit bei der Bearbeitung.

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