Γιατί τα κράματα τιτανίου είναι δύσκολο να επεξεργαστούν με βάση τις υλικές τους ιδιότητες; - Ειδήσεις

Όταν πρόκειται για κατεργασίακράματα τιτανίου, το πρώτο κράμα τιτανίου που έρχεται στο μυαλό είναι πιθανώς Ti-6Al-4V. Το Ti{18}}6Al-4V είναι το πιο πρώιμο αναπτυγμένο και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο κράμα τιτανίου στον κόσμο, αντιπροσωπεύοντας περισσότερα από τα μισά προϊόντα από κράμα τιτανίου. Ειδικά για τα ανερχόμενα ανθρωποειδή ρομπότ, το Ti-6Al-4V είναι το προτιμώμενο υλικό λόγω της λογικής τιμής, της υψηλής αντοχής και των απαιτήσεων ελαφρού βάρους του. Η ονομαστική σύνθεση του Ti-6Al-4V είναι 6% αλουμίνιο (Al) και 4% βανάδιο (V). Το αλουμίνιο είναι το στοιχείο σταθεροποίησης φάσης, βελτιώνοντας τη θερμοκρασία δωματίου του κράματος και την αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, ενώ το βανάδιο είναι το στοιχείο σταθεροποίησης φάσης, βελτιώνοντας την πλαστικότητα επεξεργασίας και τη θερμική σταθερότητα του υλικού. Αυτή η δομή διπλής φάσης + δίνει στα κράματα Ti-6Al-4V εξαιρετικές ολοκληρωμένες μηχανικές ιδιότητες. Ωστόσο, για την κατασκευή εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου Ti-6Al-4V που πληρούν τις απαιτήσεις συναρμολόγησης, η μηχανική κατεργασία είναι ένα αναπόφευκτο ζήτημα. Έτσι, σήμερα, θα συζητήσουμε γιατί η κατεργασία κραμάτων τιτανίου Ti-6Al-4V είναι δύσκολη από την άποψη των ιδιοτήτων του υλικού.

Από όλους τους παράγοντες που συμβάλλουν στη δυσκολία στην κατεργασία του Ti-6Al-4V, η εξαιρετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητά του αναγνωρίζεται ευρέως ως ο πιο κρίσιμος και καθοριστικός. Αυτό είναι σαν το κουτί της Πανδώρας που ενεργοποιείται από τη διαδικασία κοπής, προκαλώντας μια σειρά αλυσιδωτών αντιδράσεων και κυριαρχεί στις προκλήσεις της μηχανικής κατεργασίας. Η κοπή μετάλλων είναι ουσιαστικά μια βίαιη πλαστική παραμόρφωση, όπου το 99% της μηχανικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα. Οι συνηθισμένοι χάλυβες και τα κράματα αλουμινίου, με την καλή θερμική τους αγωγιμότητα, μπορούν να μεταφέρουν το 60%-80% της θερμότητας μέσω των τσιπ, με το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας να μεταφέρεται από τα τσιπ, αφήνοντας μόνο το 10%-20% για εφαρμογή στο εργαλείο κοπής. Ωστόσο, το Ti{34}}6Al-4V έχει εξαιρετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, μόνο 1/6-1/7 εκείνη του χάλυβα μεσαίου άνθρακα όπως ο χάλυβας 45 και 1/16 εκείνη των κραμάτων αλουμινίου, καθιστώντας το "θερμικό μονωτικό". Αυτό έχει ως αποτέλεσμα πάνω από το 80% της θερμότητας να συγκεντρώνεται σε μεγάλο βαθμό στη στενή περιοχή στο άκρο του εργαλείου, σχηματίζοντας ακραία συσσώρευση θερμότητας. Αυτή η συνεχής συσσώρευση θερμότητας μπορεί εύκολα να φτάσει ή και να ξεπεράσει τους 1000 βαθμούς, τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες είναι καταστροφικές για τα εργαλεία κοπής. Για παράδειγμα, οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν να προκαλέσουν θερμική αποσκλήρυνση των υλικών εργαλείων, όπως το τσιμεντοειδές καρβίδιο και ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας, μειώνοντας δραστικά τη σκληρότητα και την αντοχή τους στη φθορά. Ταυτόχρονα, ενεργοποιεί την ατομική διάχυση, επιδεινώνοντας τη διάχυση και τη φθορά της κόλλας μεταξύ του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας. Το χτύπημα των άκρων μπορεί επίσης να προκαλέσει φθορά του κρατήρα και αντιδράσεις οξείδωσης σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, πλούσιο σε οξυγόνο, φθείρουν περαιτέρω το εργαλείο. Εν τω μεταξύ, για τα κατεργασμένα κράματα τιτανίου, οι υψηλές θερμοκρασίες μεταφέρονται στην επεξεργασμένη επιφάνεια, προκαλώντας επιφανειακά εγκαύματα, μεταλλογραφικές αλλαγές και αποδυναμώνοντας την απόδοση κόπωσης και την αντίσταση στη διάβρωση των εξαρτημάτων. Προωθεί επίσης την αντίδραση του επιφανειακού στρώματος Ti-6Al-4V με στοιχεία Ο και Ν στον αέρα, σχηματίζοντας ένα λεπτό, εύθραυστο και σκληρό στρώμα ή στρώμα νιτριδίου. Αυτό το στρώμα όχι μόνο δυσκολεύει την κοπή, αλλά και φθείρει την αιχμή και επιδεινώνει τη σκλήρυνση της εργασίας, δημιουργώντας έναν φαύλο κύκλο.

Το πιο σημαντικό είναι ότι το περιβάλλον υψηλής-θερμοκρασίας που προκαλείται από χαμηλή θερμική αγωγιμότητα δρα ως καταλύτης, ενισχύοντας σε μεγάλο βαθμό τις αρνητικές επιπτώσεις άλλων ιδιοτήτων που δύσκολα κατεργάζονται--. Για παράδειγμα, ενεργοποιεί τη χημική δραστηριότητα, εντείνοντας τις χημικές αντιδράσεις μεταξύ του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας, τις οποίες θα συζητήσουμε σε επόμενη ενότητα. Επομένως, ο έλεγχος της συσσώρευσης θερμότητας κοπής λύνει το μισό πρόβλημα της κατεργασίας Ti-6Al-4V. Έτσι, ο βασικός στόχος των στρατηγικών βελτιστοποίησης, όπως οι νέες επιστρώσεις εργαλείων, η ψύξη υψηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας είναι ο αποτελεσματικός έλεγχος της συσσώρευσης θερμότητας στη ζώνη κοπής.

Η μικροδομή και η μορφολογία τσιπ του Ti-6Al-4V επηρεάζουν επίσης σημαντικά τη μηχανική του ικανότητα. Το πιο σημαντικό είναι ότι όλοι αυτοί οι παράγοντες δεν είναι μεμονωμένοι αλλά αλληλένδετοι, σχηματίζοντας ένα σύνθετο, αυτοενισχυόμενο «σύστημα δύσκολο στη μηχανική κατεργασία».

titanium Gr5 bars