Чому титанові сплави важко обробляти на основі їхніх властивостей матеріалу? - Новини

Коли справа доходить до механічної обробкититанові сплави, першим титановим сплавом, який спадає на думку, є Ti-6Al-4V. Ti-6Al-4V — це найперший у світі розроблений і найбільш широко використовуваний титановий сплав, на який припадає більше половини всіх виробів із титанових сплавів. Особливо для гуманоїдних роботів, Ti-6Al-4V є кращим матеріалом через його розумну ціну, високу міцність і вимоги до легкої ваги. Номінальний склад Ti-6Al-4V - 6% алюмінію (Al) і 4% ванадію (V). Алюміній є стабілізуючим елементом -фази, що покращує міцність сплаву при кімнатній температурі та високотемпературній міцності, тоді як ванадій є стабілізуючим елементом -фази, покращуючи пластичність матеріалу при обробці та термічну стабільність. Ця + двофазна структура надає сплавам Ti-6Al-4V чудові комплексні механічні властивості. Однак для виготовлення деталей із титанового сплаву Ti-6Al-4V, які відповідають вимогам складання, механічна обробка є неминучою проблемою. Отже, сьогодні ми обговоримо, чому механічна обробка титанових сплавів Ti-6Al-4V складна з точки зору властивостей їх матеріалу.

З усіх факторів, що ускладнюють обробку Ti-6Al-4V, його надзвичайно низька теплопровідність широко визнана найважливішим і вирішальним. Це як скринька Пандори, яка спрацьовує під час процесу різання, спричиняючи серію ланцюгових реакцій і домінуючи при обробці. Різання металу - це, по суті, сильна пластична деформація, при якій 99% механічної енергії перетворюється на тепло. Звичайні сталі та алюмінієві сплави з їх хорошою теплопровідністю можуть відводити 60%-80% тепла через стружку, при цьому більша частина тепла переноситься стружкою, залишаючи лише 10%-20% для різального інструменту. Однак Ti-6Al-4V має надзвичайно низьку теплопровідність, лише 1/6-1/7 від середньовуглецевої сталі, такої як сталь 45, і 1/16 від алюмінієвих сплавів, що робить його «теплоізолятором». Це призводить до того, що понад 80% тепла концентрується у вузькій області на кінчику інструмента, утворюючи екстремальне накопичення тепла. Це постійне накопичення тепла може легко досягати або навіть перевищувати 1000 градусів, такі високі температури є катастрофічними для ріжучих інструментів. Наприклад, високі температури можуть спричинити термічне розм’якшення інструментальних матеріалів, таких як твердий сплав і швидкорізальна сталь, різко знижуючи їх твердість і зносостійкість. Одночасно він активує дифузію атомів, посилюючи дифузію та адгезійний знос між інструментом і деталлю. Накопичене відколювання кромки також може спричинити зношування воронки, а реакції окислення у високотемпературному середовищі, багатому киснем, ще більше зношують інструмент. У той же час для механічно оброблених титанових сплавів високі температури передаються на оброблену поверхню, викликаючи опіки поверхні, металографічні зміни та послаблюючи характеристики втоми та корозійну стійкість деталей. Це також сприяє реакції поверхневого шару Ti-6Al-4V з елементами O і N у повітрі, утворюючи тонкий, крихкий і твердий шар або нітридний шар. Цей шар не тільки ускладнює різання, але також зношує ріжучу кромку та посилює зміцнення, створюючи порочне коло.

Що ще важливіше, висока-температура середовища, спричинена низькою теплопровідністю, діє як каталізатор, значно посилюючи негативні ефекти інших--технічних властивостей. Наприклад, він активує хімічну активність, інтенсифікуючи хімічні реакції між інструментом і деталлю, які ми обговоримо в наступному розділі. Таким чином, контроль накопичення тепла різання вирішує половину проблеми обробки Ti-6Al-4V. Таким чином, основна мета стратегій оптимізації, таких як нове покриття інструменту, охолодження під високим тиском і низькою температурою, полягає в ефективному контролі накопичення тепла в зоні різання.

Мікроструктура та морфологія стружки Ti-6Al-4V також значно впливають на його оброблюваність. Що ще важливіше, усі ці фактори не є ізольованими, а взаємопов’язані, утворюючи складну,-самопідсилювальну «систему, яку важко обробити».

titanium Gr5 bars