Titaanisulamite täppistöötlus: kiirused, tööriistad ja Ti-6Al-4V praktika

Miks titaanisulamid tipptasemel erinevalt käituvad?

Titaani töötlemise raskus ei ole kõvadus. Lõõmutatud Ti-6Al-4V on 33–36 HRC lähedal, pehmem kui paljud karastatud terased, kuid seda on ökonoomselt palju raskem lõigata. Selle tühimiku tekitamiseks toimivad neli füüsilist omadust koos.

Madal soojusjuhtivus.Ti-6Al-4V juhib soojust ligikaudu 7 W/m·K juures, mis on umbes seitsmendik keskmise süsinikusisaldusega terasest. Peaaegu kogu nihkepiirkonnas tekkiv soojus jääb tööriista ja tooriku sisse ning kontakttemperatuur võib isegi mõõduka lõikekiiruse korral ületada 1000 kraadi.

Madal elastsusmoodul.Umbes 114 GPa juures on moodul peaaegu poole terase omast, nii et toorikud painduvad, vetruvad pärast läbimist tagasi ja loksuvad kergesti, kui seadistusel puudub jäikus.

Kõrge keemiline reaktsioonivõime.Ligikaudu üle 500 kraadi titaan reageerib kergesti hapniku, lämmastiku ja tööriistamaterjalidega, tekitades lõhenemist,{1}}ehitatud serva ja kiibikildude mikro{2}}keevitamist lõikeserva külge.

Segmenteeritud kiibi moodustumine.Titaan toodab adiabaatilise nihkeriba abil sakilised laastud, nii et serv näeb tsüklilisi, väga lokaliseeritud koormusi, mis purustavad karbiidi nurki.

Tavapärastel töödeldavuskaaludel on titaanisulamid umbes 20–25% vaba-töötletavast terasest. Tulemuseks on see, et protsess peab olema kavandatud soojuse eemaldamise ja servade terviklikkuse, mitte ainult metalli eemaldamise kiiruse järgi.

Protsessi planeerimine, jäikus ja seadistamine

Kuna materjal paindub ja töö{0}}kõveneb pinnal, tehakse kõige kallimad titaani töötlemise vead enne esimest lõikamist. Osad tuleks toetada lõikekoha lähedal, õhukesed seinad peavad olema toetatud kaitsematerjaliga või kinnitatud konformse toega ning tööriista üleulatuv osa tuleks minimeerida kahanevate -sobivate või hüdrauliliste hoidikutega. Silmuse iga elementi, sealhulgas spindlit, tuleks kontrollida kavandatud radiaalseks haardumiseks vajaliku jäikuse suhtes.

Kaks reeglit takistavad enamikku praagist. Esiteks ärge kunagi laske tööriistal lõikes viibida: liikumatu serv hõõrub, glasuurib ja kõvestab pinda ning järgmisel läbimisel puutub kokku kõvem nahk. Teiseks eelistage viimistlemiseks ronimisfreesimist ja hoidke radiaalne haardumine konstantsena, kasutades trohhoidaalseid või suure{2}}tõhususega tööriistaradasid, et laastude hõrenemine ja soojusjaotus jääksid prognoositavaks, mitte nurkades.

Tööriistad ja käivitusparameetrid

Allolev tabel annab konservatiivsed lähteväärtused hea jäikuse ja rohke jahutusvedelikuga lõõmutatud Ti-6Al-4V jaoks. Need on esimese artikli lähtepunktid, mitte universaalsed sätted.

Jahutusvedeliku strateegia on sama oluline kui geomeetria. Kõrge-surve läbi-tööriista jahutusvedeliku vahemikus 3–7 MPa loputab laastud sügavatest taskutest välja ja eemaldab küljelt soojuse ning purustab ka laastuvoo, nii et laastud ei eraldu. Sügavate aukude ja taskute korral hoiab laastu tee vabana, lisades õhuvoolu või minimaalses koguses{6}}määrimise. Katteid tuleks valida termilise stabiilsuse järgi: PVD-alumiiniumtitaannitriid või alumiiniumkroomnitriid on titaani standardklassid, samas kui tugeva tekstuuriga või kõrge -koobalti klassid kipuvad soodustama mädanemist.

Pinna terviklikkus, alfa-ümbris ja kuumuse juhtimine

Titaani töötlemist hinnatakse mitte ainult suuruse, vaid pinna järgi. Hapnikuga -rikastatud alfakest, mis tekib, kui titaani kuumutatakse õhus üle 600 kraadi, on kõva ja rabe; kui see on valmis detailil, väheneb väsimusjõudlus järsult. Alfa-kast eemaldatakse tavaliselt kontrollitud marineerimisega vesinikfluoriid-lämmastikhappevannis või mehaanilise materjali eemaldamisega ning selle puudumist kontrollitakse mikrokõvaduse uuringu või metallograafilise sektsiooniga.

Töödeldud pind ise kannab jääkpinget. Agressiivne viimistlus ja püsimine tekitavad tõmbepingeid, mis vähendavad väsimuse kestust, samas kui kerged, hästi-kontrollitud viimistluskäigud koos ühtlase etteandega jätavad healoomulisema pingeseisundi. Külje kulumist tuleks jälgida kindlaksmääratud piiriga, tavaliselt umbes 0,3 mm, kuna kulunud serv pigem hõõrub kui lõikab ja surub detaili nii kuumuse kui ka tõmbepinge.

Ülevaatus ja vastuvõtmine

Mõõtmete ülevaatus kuulub stabiilsele platvormile: titaandetailide suurus muutub temperatuuriga mõõdetavalt, nii et koordinaatmõõtmismasina tulemused tuleks viidata 20 kraadile ja pikkade osade puhul on eelistatav-masinsondeerimine. Varraste ja toorikute konstruktsiooni aktsepteerimine järgib tavaliselt titaanvarraste spetsifikatsioone, nagu ASTM B348, või sulami kosmosematerjalide spetsifikatsiooni ning valmis kriitilisi osi kontrollitakse sageli ASTM E1417 fluorestseeruva läbitungimise kontrolliga ja sisendmaterjali ultraheliuuringuga titaani kosmose-ultraheli praktikasse.

Levinud vead titaani töötlemisel

Lõikekiiruse suurendamine toodangu suurendamiseks; serv ebaõnnestub enne tootlikkuse kasvu realiseerumist.

Kerge viimistlusega lase üle glasuuritud pinna ilma kivistunud kihti eemaldamata.

Üleujutav jahutusvedelik madalal rõhul, kui on vaja suunatud{0}}kõrgsurvejuga.

Roostevabast{0}}terasest parameetrite rakendamine titaanile, kuna need kaks näevad poes sarnased välja.

Titaani lihvimine rataste või vahenditega, mis on eelnevalt lihvinud raua{0}}põhist materjali, lisades raudosakesi, mis hiljem ilmuvad korrosioonikohtadena.

Saetud või pügatud tooriku vastuvõtmine, millel on juba alfa-korpus või külm{0}}töödeldud velg, seejärel avastada see alles pärast lõpplõike lõppu.

KKK

K: Kas titaani saab kuivatada?
Ainult spetsiifilistel töötlemistoimingutel suurepärase laastu eemaldamise ja õhupuhastusega. Üldiselt on üleujutus või kõrgsurve{1}}jahutusvedelik hädavajalik, kuna piiravaks teguriks on soojuse eemaldamine, mitte määrimine. Titaani kuivtöötlus lühendab tavaliselt servade eluiga dramaatiliselt.

K: Miks mu kraan titaanist katki läheb?
Titaan tõmbub keerme külgedele ja pöördemoment tõuseb kiiresti. Kasutage väikeste keermete jaoks teravat lõiketera, millel on spiraalne ots, veidi ülemõõduline juhtava, EP lõikeõli, mitte veepõhist jahutusvedelikku-, ja keerake kraani sageli tagurpidi, et eemaldada laastud, mitte sõita otse läbi.

K: Milline pinnakaredus on titaanist tihendipinna puhul realistlik?
Ra 0,8–1,6 µm on tavapäraselt saavutatav stabiilse viimistluskäiguga ning Ra 0,4 µm on saavutatav hoolika tööriistade ja jäiga kinnitusega. Sellest allapoole surumine kipub pinda määrima ja kinnijäänud osakesed kinni püüdma, mitte ei paranda viimistlust.

K: Kuidas ma tean, kas alfajuht on olemas?
Seda näitab läbilõike mikrokõvadus või metallograafiline proov, mis on söövitatud hapniku{0}}rikka kihi paljastamiseks. Nähtav värvimuutus on ebausaldusväärne, sest osa võib tunduda särav ja siiski kanda õhukest kõvastunud nahka.

K: Kas katted muudavad tõesti titaani tööriista eluiga?
Jah, aga mitte nii, nagu nad seda teevad terases. Katted toimivad peamiselt termilise ja difusioonibarjäärina, mis aeglustab kraatrite tekkimist ja ummistumist. Peeneteraline katmata karbiid võib ületada kehvema kattega karbiid, kui servade teravus ja jahutusvedeliku kohaletoimetamine on juba optimeeritud.

K: Kas titaani töötlemine on võimalik tavalisel kolme-teljelisel masinal?
Jah, eeldusel, et jäikus, tööriista hoidmine ja jahutusvedeliku kohaletoimetamine on piisavad. Viie-telje võimalus aitab peamiselt lühendada tööriista üleulatust ja võimaldada pidevat kaasamist, mis vähendab vibratsiooni ja seadistuste arvu, mitte ei muuda materjali põhialuseid.