สาเหตุที่โลหะผสมไททาเนียมแปรรูปได้ยากและจะจัดการกับมันอย่างไร

ไทเทเนียมเป็นโลหะโครงสร้างที่สำคัญที่พัฒนาขึ้นในช่วงปี 1950 โลหะผสมไทเทเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และทนความร้อนสูง หลายประเทศทั่วโลกตระหนักถึงความสำคัญของวัสดุโลหะผสมไทเทเนียม ได้ทำการวิจัยและพัฒนาวัสดุเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง และได้รับการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ ในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงสำหรับเครื่องยนต์การบินและอวกาศและโลหะผสมไทเทเนียมโครงสร้างสำหรับเฟรมเครื่องบินได้รับการพัฒนาเป็นหลัก ในปี 1970 มีการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อการกัดกร่อนจำนวนหนึ่ง นับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา โลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อการกัดกร่อนและโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม พัฒนา.

โลหะผสมไทเทเนียมได้นำความท้าทายมาสู่อุตสาหกรรมการผลิตเนื่องจากมีลักษณะที่ยากต่อการแปรรูป

ความหนาแน่นของโลหะผสมไททาเนียมโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 4.51 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งเป็นเพียง 60% ของเหล็ก ความหนาแน่นของไทเทเนียมบริสุทธิ์นั้นใกล้เคียงกับความหนาแน่นของเหล็กธรรมดาเท่านั้น โลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงสูงบางชนิดมีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กโครงสร้างโลหะผสมหลายชนิด ดังนั้นความแข็งแรงจำเพาะ (ความแข็งแรง/ความหนาแน่น) ของโลหะผสมไททาเนียมจึงมากกว่าวัสดุโครงสร้างโลหะอื่นๆ มาก และสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงต่อหน่วยสูง ความแข็งแกร่งที่ดีและน้ำหนักเบาได้ โลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในส่วนประกอบของเครื่องยนต์อากาศยาน เฟรม สกิน ตัวยึด และล้อลงจอด นอกจากนี้ โลหะผสมไทเทเนียมยังใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนรถยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุตสาหกรรม 3C อิเล็กทรอนิกส์

แรงตัดเมื่อแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมจะสูงกว่าเหล็กที่มีความแข็งเท่ากันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ปรากฏการณ์ทางกายภาพของการแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมนั้นซับซ้อนกว่าเหล็กแปรรูปมาก ทำให้การประมวลผลโลหะผสมไทเทเนียมต้องเผชิญกับความยากลำบากอย่างมาก
ค่าการนำความร้อนของโลหะผสมไททาเนียมส่วนใหญ่ต่ำมาก เพียง 1/7 ของเหล็กและ 1/16 ของอะลูมิเนียม ดังนั้นความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดไทเทเนียมอัลลอยด์จะไม่ถูกถ่ายโอนไปยังชิ้นงานอย่างรวดเร็วหรือถูกชิปออกไป แต่จะสะสมอยู่ในพื้นที่ตัด และอุณหภูมิที่สร้างขึ้นสามารถสูงถึงมากกว่า 1,000 องศา ทำให้คมตัดของเครื่องมือสึกหรอ แตกร้าวอย่างรวดเร็ว และเกิดขอบที่สะสมอยู่ และคมตัดสึกหรออย่างรวดเร็ว ซึ่ง ทำให้เกิดความร้อนในบริเวณตัดมากขึ้น และทำให้อายุการใช้งานของเครื่องมือสั้นลงอีกด้วย

อุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการตัดยังทำลายความสมบูรณ์ของพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียม ส่งผลให้ความแม่นยำทางเรขาคณิตของชิ้นส่วนลดลง และปรากฏการณ์การแข็งตัวของงานซึ่งจะช่วยลดความแข็งแรงเมื่อยล้าของชิ้นส่วนเหล่านี้อย่างมาก
ความยืดหยุ่นของโลหะผสมไททาเนียมอาจเป็นประโยชน์ต่อประสิทธิภาพของชิ้นส่วน แต่ในระหว่างกระบวนการตัด การเสียรูปแบบยืดหยุ่นของชิ้นงานเป็นสาเหตุสำคัญของการสั่นสะเทือน แรงกดในการตัดทำให้ชิ้นงาน "ยืดหยุ่น" เคลื่อนออกจากเครื่องมือและเด้งกลับ ทำให้เกิดแรงเสียดทานระหว่างเครื่องมือและชิ้นงานมากกว่าการตัด กระบวนการเสียดสียังก่อให้เกิดความร้อน ซึ่งทำให้ปัญหาการนำความร้อนของโลหะผสมไทเทเนียมแย่ลง
ปัญหานี้รุนแรงยิ่งขึ้นเมื่อประมวลผลชิ้นส่วนที่มีผนังบางหรือรูปทรงวงแหวนที่เสียรูปได้ง่าย ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะประมวลผลชิ้นส่วนผนังบางของโลหะผสมไทเทเนียมให้ได้ความแม่นยำของมิติที่คาดหวัง เนื่องจากเมื่อเครื่องมือผลักวัสดุชิ้นงานออกไป การเสียรูปเฉพาะจุดของผนังบางจะเกินช่วงยืดหยุ่น และการเสียรูปพลาสติกเกิดขึ้น ความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุที่จุดตัดจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ณ จุดนี้ ความเร็วตัดที่กำหนดเดิมสูงเกินไป ส่งผลให้เครื่องมือสึกหรออย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น

ดังนั้นต้นเหตุหลักของความยากลำบากในการประมวลผลโลหะผสมไทเทเนียมคือ "ความร้อน"

เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้และประสบความสำเร็จในการตัดเฉือนโลหะผสมไทเทเนียม จึงสามารถนำมาใช้ได้หลายวิธี ซึ่งรวมถึง:

(1) ใช้เม็ดมีดรูปทรงมุมบวกเพื่อลดแรงตัด ความร้อนในการตัด และการเสียรูปของชิ้นงาน
(2) รักษาอัตราป้อนให้คงที่เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ชิ้นงานแข็งตัว เครื่องมือจะต้องอยู่ในสถานะป้อนเสมอในระหว่างกระบวนการตัด จำนวนการตัดในแนวรัศมี ae ควรเท่ากับ 30% ของรัศมีในระหว่างการกัด
(3) ใช้น้ำมันตัดแรงดันสูงและการไหลสูงเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรทางความร้อนของกระบวนการตัดเฉือน และป้องกันการเสื่อมสภาพของพื้นผิวชิ้นงานและความเสียหายของเครื่องมือที่เกิดจากอุณหภูมิที่มากเกินไป
(4) รักษาขอบใบมีดให้คม เครื่องมือทื่อเป็นสาเหตุของการสะสมความร้อนและการสึกหรอ ซึ่งอาจทำให้เครื่องมือเสียหายได้ง่าย
(5) แปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมในสภาวะที่อ่อนที่สุดเท่าที่จะทำได้ เนื่องจากวัสดุจะยากต่อการประมวลผลหลังจากการชุบแข็ง และการบำบัดความร้อนจะเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและเพิ่มการสึกหรอของใบมีด
(6) ใช้รัศมีส่วนโค้งของปลายเครื่องมือขนาดใหญ่หรือการลบมุมเพื่อแทรกขอบเครื่องมือเข้าไปในการตัดให้ได้มากที่สุด ซึ่งจะช่วยลดแรงตัดและความร้อนทุกจุดและป้องกันการแตกหักเฉพาะจุด เมื่อทำการกัดไททาเนียมอัลลอยด์ ในบรรดาพารามิเตอร์การตัด ความเร็วตัดมีผลกระทบมากที่สุดต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือ vc ตามมาด้วยการมีส่วนร่วมของเครื่องมือในแนวรัศมี (ความลึกในการกัด) ae

โดยทั่วไป การสึกหรอของร่องใบมีดที่เกิดขึ้นเมื่อตัดเฉือนโลหะผสมไททาเนียมคือการสึกหรอเฉพาะที่ด้านหลังและด้านหน้าตามทิศทางความลึกของการตัด มักเกิดจากชั้นแข็งที่เหลือจากการประมวลผลครั้งก่อน ปฏิกิริยาทางเคมีและการแพร่กระจายระหว่างเครื่องมือกับวัสดุชิ้นงานที่อุณหภูมิการประมวลผลเกิน 800 องศา ก็เป็นสาเหตุหนึ่งของการสึกหรอของร่องเช่นกัน เนื่องจากในระหว่างกระบวนการตัดเฉือน โมเลกุลไทเทเนียมของชิ้นงานจะสะสมอยู่ด้านหน้าใบมีดและ "เชื่อม" กับใบมีดภายใต้แรงดันและอุณหภูมิสูง ทำให้เกิดขอบที่สะสมอยู่ เมื่อคมตัดที่สะสมหลุดออกจากคมตัด จะมีการเคลือบผิวคาร์ไบด์ของเม็ดมีดด้วย ดังนั้นการตัดเฉือนไทเทเนียมจึงต้องใช้วัสดุและรูปทรงพิเศษของเม็ดมีด

สภาพการตัด รวมถึงความเร็วตัด อัตราป้อน และความลึกของการตัด ยังมีบทบาทสำคัญในการพิจารณาประสิทธิภาพของเครื่องมือตัดและคุณภาพของชิ้นส่วนสำเร็จรูป พารามิเตอร์การตัดที่เหมาะสมที่สุดอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของไททาเนียมอัลลอยด์ที่ตัดเฉือน แต่โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้ความเร็วตัดที่ช้าลงและอัตราป้อนที่สูงขึ้นเพื่อลดความร้อนและป้องกันการแข็งตัวของงาน

การใช้ระบบน้ำหล่อเย็นที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาเครื่องมือตัดและชิ้นงานให้มีอุณหภูมิที่เหมาะสม สารหล่อเย็นสูตรน้ำ เช่น อิมัลชัน ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการตัดเฉือนไทเทเนียม เนื่องจากให้คุณสมบัติการทำความเย็นและการหล่อลื่นที่มีประสิทธิภาพ โดยไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุ
แม้จะมีความท้าทาย แต่ไทเทเนียมยังคงเป็นวัสดุที่เป็นที่ต้องการอย่างมากซึ่งมีความสำคัญต่อการใช้งานสมัยใหม่หลายอย่าง ด้วยการใช้เครื่องมือตัด สภาพการตัด ระบบหล่อเย็น และเทคนิคการตัดเฉือนขั้นสูงที่เหมาะสม คุณจะสามารถเอาชนะความยากลำบากในการตัดเฉือนวัสดุนี้และปลดปล่อยศักยภาพสูงสุดได้