فرآوری تیتانیوم: خواص اولیه مواد، مشکلات و انواع پردازش، اصل عملیات، تکنیک ها و توصیه های متخصصان

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 13:53

امروزه گروهی از فلزات وجود دارند که لازم است قبل از شروع کار با آنها شرایط خاصی برای آنها ایجاد شود. ماشینکاری تیتانیوم در این دسته از کارها قرار می گیرد. تمام مشکلات و ویژگی های فرآیند به این دلیل است که این ماده با افزایش سختی مشخص می شود.

شرح

تیتانیوم به دلیل قوی بودن، داشتن رنگ نقره ای و همچنین مقاومت فوق العاده در برابر فرآیند زنگ زدگی مشخص می شود. با توجه به اینکه لایه ای از TiO_{2 بر روی سطح فلز تشکیل شده است، مقاومت خوبی در برابر تمامی تأثیرات خارجی دارد. فقط تأثیر موادی که حاوی قلیایی در ترکیب آنها هستند می تواند بر خواص تیتانیوم تأثیر منفی بگذارد. در تماس با این مواد شیمیایی، ماده خام ویژگی های استحکام خود را از دست می دهد.}

به دلیل استحکام بالای محصول هنگام تراشکاری تیتانیوم استفاده از ابزار آلیاژی فوق سخت و سایر شرایط خاص در هنگام کار بر روی تراش CNC ضروری است.

چه چیزی را باید در هنگام پردازش در نظر بگیرم؟

در صورت نیاز به کار با تیتانیوم، ویژگی های زیر باید در نظر گرفته شود:

• اولین چسبیدن است. ماشینکاری تیتانیوم با استفاده از تراش دمای بالایی ایجاد می کند و باعث ذوب شدن مواد و چسبیدن آن به ابزار برش می شود.
• در طول پردازش، گرد و غبار ریز پراکنده نیز رخ می دهد. این می تواند منفجر شود، و بنابراین بسیار مهم است که تمام مقررات ایمنی را در حین کار به دقت رعایت کنید.
• برای انجام فرآیند برش با کیفیت بالا چنین فلزات سنگینی، به ابزاری نیاز است که بتواند حالت مناسب را ارائه دهد.
• همچنین لازم است ابزار خاصی برای برش انتخاب شود زیرا تیتانیوم با هدایت حرارتی پایین مشخص می شود.

بعد از پایان پردازش تیتانیوم، قسمت تمام شده معمولاً حرارت داده می شود و پس از آن اجازه داده می شود در هوای آزاد خنک شود. بنابراین، یک فیلم محافظ بر روی سطح ماده ایجاد می شود که در بالا توضیح داده شد.

طبقه بندی روش های پردازش

برای برش این گونه مواد اولیه به ابزار مخصوص و همچنین تراش CNC نیاز است. این فرآیند به خودی خود به چندین عملیات تقسیم می شود که هر کدام با توجه به فناوری خاص خود انجام می شود.

در مورد خود عملیات، آنها می توانند پایه، متوسط یا مقدماتی باشند.

هنگام پردازش تیتانیوم روی ماشین‌ها، باید به خاطر داشته باشید که لرزش در این زمان رخ می‌دهد. به منظور تا حدیبرای حل این مشکل می توانید قطعه کار را به صورت چند مرحله ای ببندید و همچنین تا حد امکان نزدیک به دوک آن را انجام دهید. برای کاهش تأثیر دما بر فرآیند ماشینکاری، استفاده از برش های کاربید دانه ریز بدون پوشش و درج های مخصوص PVD توصیه می شود. در اینجا شایان ذکر است که در طی فرآوری تیتانیوم با برش، از 85 تا 90 درصد کل انرژی به گرما تبدیل می شود که توسط تراشه ها، قطعه کار در حال پردازش، برش ها و مایع جذب می شود. که برای خنک کردن در نظر گرفته شده است. معمولاً درجه حرارت در محل کار به 1000-1100 درجه سانتیگراد می رسد.

تنظیم پارامترهای پردازش

هنگام پردازش چنین مواد سنگینی، سه پارامتر اصلی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود:

• زاویه ثابت ابزار کار؛
• نرخ خوراک؛
• سرعت برش.

اگر این پارامترها را تنظیم کنید، می توانید از آنها برای تغییر دمای پردازش استفاده کنید. تحت حالت‌های پردازش مختلف، پارامترهای مختلفی از این ویژگی‌ها مشاهده می‌شود.

برای پیش درمان با برش لایه بالایی تا 10 میلی متر، مقدار مجاز 1 میلی متر مجاز است. برای کار در این حالت معمولاً پارامترهای زیر تنظیم می شوند. اولاً زاویه تثبیت از 3 تا 10 میلی متر است و ثانیاً میزان تغذیه از 0.3 تا 0.8 میلی متر است و سرعت برش روی 25 متر در دقیقه تنظیم شده است.

نسخه میانی پردازش تیتانیوم شامل بریدن لایه رویی از 0.5 تا 4 میلی متر و همچنین تشکیل یک لایه یکنواخت 1 میلی متری است. زاویه ثابت 0.5-4 میلی متر، ابعاد تغذیه 0.2-0،5 میلی متر، سرعت تغذیه 40-80 متر در دقیقه.

گزینه پردازش اصلی حذف یک لایه 0.2-0.5 میلی متری و همچنین حذف کمک هزینه است. سرعت کار 80-120 متر در دقیقه، زاویه ثابت 0.25-0.5 میلی متر و نرخ تغذیه 0.1-0.4 میلی متر است.

در اینجا ذکر این نکته نیز بسیار مهم است که ماشینکاری تیتانیوم روی چنین تجهیزاتی همیشه تنها زمانی انجام می شود که یک امولسیون خنک کننده ویژه عرضه شود. این ماده تحت فشار به ابزار کار عرضه می شود. این برای ایجاد یک حالت دمای معمولی از عملکرد ضروری است.

ابزار پردازش

الزامات ابزار پردازش مواد بسیار زیاد است. اغلب، پردازش تیتانیوم و آلیاژها با استفاده از کاترهایی انجام می شود که دارای سرهای قابل جابجایی هستند و روی دستگاه های CNC نصب می شوند. در حین کار، ابزار کار در معرض سایش، چسب و سایش انتشار قرار می گیرد. توجه ویژه ای باید به سایش پخش شود، زیرا در این زمان فرآیند انحلال مواد برش و تیتانیوم خالی انجام می شود. این فرآیندها در صورتی فعال هستند که دما در محدوده 900 تا 1200 درجه سانتیگراد باشد.

نیازمندی ابزار

یکی از ویژگی های پردازش تیتانیوم این است که بسته به نوع عملکرد انتخاب شده، باید یک ابزار کار انتخاب شود.

برای کار در حالت مقدماتی، متداول‌ترین درج‌ها iC19 گرد یا مربع هستند.این صفحات از آلیاژ خاصی ساخته شده اند که با علامت H13A مشخص شده است و هیچ پوششی ندارد.

برای پردازش موفقیت آمیز تیتانیوم به روش متوسط، در حال حاضر لازم است فقط از درج های گرد از همان آلیاژ H13A یا از آلیاژ GC1155 با پوشش PDV استفاده شود.

برای مسئولیت پذیرترین و اساسی ترین روش پردازش، از نازل های گرد با لبه های برش سنگ زنی استفاده می شود که از آلیاژهای H13A، GC 1105، CD 10 ساخته شده اند.

لازم به ذکر است که هنگام ماشینکاری بر روی تراش های CNC، کوچکترین انحراف از شکل قطعه ای که در شرایط مرجع مشخص شده است مجاز است. اغلب، عناصر ساخته شده از چنین آلیاژی به هیچ وجه انحراف از هنجار ندارند.

مشکل اصلی پردازش

مشکل اصلی که در فرآوری این ماده اولیه با آن مواجه می شود، چسبیدن و خراشیدن روی ابزار است. به همین دلیل، عملیات حرارتی تیتانیوم بسیار دشوار است. علاوه بر این، بسیاری از مشکلات ناشی از این واقعیت است که فلز دارای رسانایی حرارتی بسیار پایین است. با توجه به اینکه فلزات دیگر در برابر حرارت بسیار ضعیف تر مقاومت می کنند، در تماس با تیتانیوم، اغلب آلیاژ تشکیل می دهند. این دلیل اصلی سایش سریع ابزار است. به منظور کاهش خراش و چسبندگی و همچنین منحرف کردن مقداری از گرمای تولید شده، کارشناسان توصیه می کنند موارد زیر را انجام دهید:

• ابتدا باید از خنک کننده استفاده کنید؛
• در مرحله دوم، هنگام تیز کردنقطعات کار، به عنوان مثال، ابزارهایی از همان مواد سنگین باید استفاده شود؛
• سوم، هنگام پردازش مواد خام با کاتر، سرعت به طور قابل توجهی کاهش می یابد تا گرما کاهش یابد.

اکسیداسیون و نیترید کردن تیتانیوم

ارزش شروع با نیتریدینگ تیتانیوم است، زیرا این نوع درمان بسیار دشوارتر از اکسیداسیون است. فرآیند فن آوری به شرح زیر است. محصول تیتانیوم تا 850-950 درجه سانتیگراد گرم می شود و پس از آن قطعه باید چند روز در محیطی با گاز نیتروژن خالص قرار گیرد. پس از آن، به دلیل واکنش های شیمیایی که در این روزها اتفاق می افتد، یک لایه از نیترید تیتانیوم بر روی سطح عنصر تشکیل می شود. اگر همه چیز خوب پیش رفت، یک فیلم طلایی رنگ روی تیتانیوم ظاهر می شود که با افزایش استحکام و مقاومت در برابر سایش مشخص می شود.

در مورد اکسیداسیون تیتانیوم، این روش بسیار رایج است و مانند روش قبلی به عملیات حرارتی تیتانیوم تعلق دارد. شروع فرآیند هیچ تفاوتی با نیتریدینگ ندارد، قطعه باید تا دمای 850 درجه سانتیگراد گرم شود. اما فرآیند خنک سازی به تدریج و در یک محیط گازی اتفاق نمی افتد، بلکه به صورت ناگهانی و با استفاده از مایع انجام می شود. بنابراین، می توان یک لایه بر روی سطح تیتانیوم به دست آورد که به طور محکم به آن متصل شود. وجود این نوع فیلم بر روی سطح منجر به افزایش 15-100 برابری استحکام و مقاومت سایشی می شود.

قطعات اتصال

در برخی موارد، محصولات تیتانیوم بخشی از یک محصول بزرگ هستندطرح ها. این نشان می دهد که نیاز به اتصال مواد مختلف وجود دارد.

برای اتصال محصولات از این ماده خام، از چهار روش اصلی استفاده می شود. روش اصلی جوشکاری است، لحیم کاری نیز استفاده می شود، یک روش اتصال مکانیکی شامل استفاده از پرچ و اتصال پیچ و مهره ای است. تا به امروز، روش اصلی پردازش برای اتصال محصولات به یک ساختار، جوشکاری در یک محیط گاز بی اثر یا شارهای بدون اکسیژن خاص است..

در مورد لحیم کاری، این روش تنها در صورتی استفاده می شود که جوشکاری غیرممکن یا غیرعملی باشد. این فرآیند توسط برخی واکنش های شیمیایی که در نتیجه لحیم کاری رخ می دهد، پیچیده می شود. برای ایجاد اتصال مکانیکی با پیچ و مهره یا پرچ، باید از مواد خاصی نیز استفاده کنید.