Почему титановые сплавы трудно поддаются механической обработке из-за свойств их материала? - Новости

Когда дело доходит до механической обработкититановые сплавы, первый титановый сплав, который приходит на ум, это, вероятно, Ti-6Al-4V. Ti-6Al-4V — самый ранний в мире разработанный и наиболее широко используемый титановый сплав, на долю которого приходится более половины всей продукции из титановых сплавов. Особенно для быстро развивающихся роботов-гуманоидов предпочтительным материалом является Ti-6Al-4V из-за его разумной цены, высокой прочности и легкого веса. Номинальный состав Ti-6Al-4V: 6% алюминия (Al) и 4% ванадия (V). Алюминий является элементом, стабилизирующим -фазу, улучшая комнатную температуру и прочность сплава при высоких температурах, а ванадий является элементом, стабилизирующим -фазу, улучшая пластичность обработки и термическую стабильность материала. Эта + двухфазная структура придает сплавам Ti-6Al-4V превосходные комплексные механические свойства. Однако для изготовления деталей из титанового сплава Ti-6Al-4V, соответствующих требованиям сборки, неизбежна механическая обработка. Итак, сегодня мы обсудим, почему обработка титановых сплавов Ti-6Al-4V сложна с точки зрения свойств материала.

Из всех факторов, усложняющих обработку Ti-6Al-4V, его чрезвычайно низкая теплопроводность широко признана наиболее критичной и решающей. Это похоже на ящик Пандоры, срабатывающий в процессе резки, вызывающий серию цепных реакций и решающий проблемы обработки. Резка металла — это, по сути, насильственная пластическая деформация, при которой 99% механической энергии преобразуется в тепло. Обычные стали и алюминиевые сплавы, обладающие хорошей теплопроводностью, могут отводить 60%-80% тепла через стружку, причем большая часть тепла уносится стружкой, оставляя только 10%-20% для передачи режущему инструменту. Однако Ti-6Al-4V имеет чрезвычайно низкую теплопроводность, всего 1/6-1/7 от среднеуглеродистой стали, такой как сталь 45, и 1/16 от алюминиевых сплавов, что делает его «теплоизолятором». В результате более 80% тепла концентрируется в узкой области на кончике инструмента, образуя чрезмерное накопление тепла. Это непрерывное накопление тепла может легко достигать или даже превышать 1000 градусов, такие высокие температуры катастрофичны для режущих инструментов. Например, высокие температуры могут вызвать термическое размягчение инструментальных материалов, таких как твердый сплав и быстрорежущая сталь, резко снижая их твердость и износостойкость. Одновременно он активирует атомную диффузию, усиливая диффузионный и адгезионный износ между инструментом и заготовкой. Накопившиеся отколы на кромках также могут вызвать кратерный износ, а реакции окисления в высокотемпературной, богатой кислородом среде еще больше изнашивают инструмент. Между тем, для обработанных титановых сплавов высокие температуры передаются на обработанную поверхность, вызывая поверхностные ожоги, металлографические изменения и ослабляя усталостные характеристики и коррозионную стойкость деталей. Он также способствует реакции поверхностного слоя Ti-6Al-4V с элементами O и N в воздухе, образуя тонкий, хрупкий и твердый слой или нитридный слой. Этот слой не только затрудняет резку, но также изнашивает режущую кромку и усугубляет нагар, создавая порочный круг.

Что еще более важно, высокая-температура окружающей среды, вызванная низкой теплопроводностью, действует как катализатор, значительно усиливая негативные последствия других свойств,-трудно обрабатываемых-машинами. Например, он активирует химическую активность, усиливая химические реакции между инструментом и заготовкой, о которых мы поговорим в следующем разделе. Таким образом, контроль накопления тепла при резке решает половину проблемы обработки Ti-6Al-4V. Таким образом, основной целью стратегий оптимизации, таких как новые покрытия инструментов, охлаждение под высоким давлением и низкой температурой, является эффективный контроль накопления тепла в зоне резания.

Микроструктура и морфология стружки Ti-6Al-4V также существенно влияют на его обрабатываемость. Что еще более важно, все эти факторы не изолированы, а взаимосвязаны, образуя сложную,-самоусиливающуюся «труднообрабатываемую систему».

titanium Gr5 bars