Guia para usinagem de ligas de titânio

Titânio e ligas usam suas propriedades únicas para serem cada vez mais amplamente utilizados nas áreas aeroespacial e biomédica. Este metal popular tem efeitos antiferrugem e antiquímicos, pode ser reciclado e tem peso leve, alta resistência e excelente resistência à corrosão, o que resolve muitos problemas de engenharia. As peças de titânio duram mais e proporcionam melhor desempenho e resultados do que outros metais e materiais.

O titânio é 30% mais alto que o aço, mas quase 50% mais leve que o aço. O titânio é 60% mais pesado que o alumínio, mas sua resistência é duas vezes maior que a do alumínio. No entanto, ao usinar ligas de titânio e selecionar as ferramentas e os parâmetros corretos, alguns desafios devem ser considerados.

Aqui temos uma compreensão profunda da usinagem de titânio, por que é tão difícil processar titânio, e fornecemos alguns insights e dicas técnicas que podem melhorar a taxa de sucesso do processamento de titânio, também incluem seus benefícios e aplicação.

Usinagem de titânio Variedades

Existem muitos graus e variedades de ligas de titânio, mais de 100 tipos. Cada liga tem suas próprias propriedades e propriedades únicas. 40-50 tipos estão disponíveis na indústria, e mais de dez são os mais usados. Incluindo vários sabores de titânio puro industrial e ligas de titânio selecionadas, como Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2.5Sn, TI-2AL-1.5Mn, Ti-3AL-2.5V, Ti-6AL-2Sn-4Zr-2Mo , Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo, e Ti-10V-2Fe-3AL e Ti-0,20Pd, T-0,3Mo-0,8N, etc. No entanto, para a maioria dos países, as duas primeiras ligas importantes (Ti-6Al -4V, Ti-5A-2.5Sn) são os mais típicos, e também são reconhecidos pelo mundo.

De acordo com a classificação da organização, as ligas de titânio são divididas em três categorias:ligas α, ligas (α+β) e ligas β.

α Liga de Titânio

É uma liga monofásica composta por solução sólida de fase α. É fase α independentemente da temperatura normal ou temperatura de aplicação prática mais alta, com estrutura estável, maior resistência ao desgaste do que o titânio puro e forte resistência à oxidação. A uma temperatura de 500°C a 600°C, ainda mantém sua resistência e resistência à fluência, mas não pode ser reforçada por tratamento térmico e sua resistência à temperatura ambiente não é alta.

β liga de titânio

É uma liga monofásica composta por solução sólida de fase β. Possui alta resistência sem tratamento térmico. Após a têmpera e envelhecimento, a liga é reforçada. A força da temperatura ambiente pode chegar a 1372 ~ 1666 MPa; mas a estabilidade térmica é pobre e não é adequado para uso em altas temperaturas.

α+β liga de titânio

É uma liga bifásica com boas propriedades abrangentes, boa estabilidade estrutural, boa tenacidade, plasticidade e propriedades de deformação em alta temperatura, e pode executar bem o processamento de pressão a quente e pode ser temperada e envelhecida para fortalecer a liga. A resistência após o tratamento térmico é cerca de 50%-100% superior ao estado recozido; a resistência a altas temperaturas é alta e pode funcionar por um longo tempo a uma temperatura de 400℃~500℃, e sua estabilidade térmica é a segunda da liga de titânio α.

As mais comumente usadas das três ligas de titânio são a liga de titânio α e a liga de titânio α + β. A liga de titânio α tem a melhor usinabilidade, seguida pela liga de titânio α + β, e a liga de titânio β é a pior.

Por que o titânio é difícil de usinagem?

Fenômenos físicos do titânio usinagem

A força de corte durante o processamento da liga de titânio é apenas um pouco maior que a do aço da mesma dureza, mas o fenômeno físico do processamento da liga de titânio é muito mais complicado do que o processamento do aço, o que faz com que o processamento da liga de titânio enfrente enormes dificuldades.

A condutividade térmica da maioria das ligas de titânio é muito baixa, apenas 1/7 da do aço e 1/16 da do alumínio. Portanto, o calor gerado no processo de corte da liga de titânio não será rapidamente transferido para a peça ou retirado pelos cavacos, mas ficará concentrado na área de corte. A temperatura gerada pode chegar a 1.000 ℃, fazendo com que a aresta de corte da ferramenta se desgaste rapidamente, rache e gere aresta postiça, as lâminas de desgaste apareçam rapidamente e gerem mais calor na área de corte, encurtando ainda mais a vida útil da ferramenta. ferramenta.

A alta temperatura gerada no processo de corte também destrói a integridade superficial das peças de liga de titânio, resultando em uma diminuição da precisão geométrica das peças e um fenômeno de encruamento que reduz severamente sua resistência à fadiga.

A elasticidade da liga de titânio pode ser benéfica para o desempenho das peças, mas no processo de corte, a deformação elástica da peça é uma importante causa de vibração. A pressão de corte faz com que a peça “elástica” saia da ferramenta e recue, de modo que o atrito entre a ferramenta e a peça é maior que a ação de corte. O processo de fricção também gera calor, o que agrava a baixa condutividade térmica das ligas de titânio.

“Quente” é o “culpado” no difícil processamento de ligas de titânio!

Como melhorar a usinagem de titânio?

Com base no entendimento do mecanismo de processamento de ligas de titânio, além da experiência anterior, os principais conhecimentos tecnológicos para o processamento de ligas de titânio são os seguintes:

Mais refrigerante

O titânio é um isolante, portanto, o calor gerado durante a operação de corte tende a ficar próximo à ferramenta de corte. Uma maneira óbvia de lidar com o excesso de calor é adicionar refrigerante. A área de trabalho e as ferramentas são jateadas com 10% de refrigerante concentrado fornecido por alta pressão para garantir que a área de contato permaneça fria e todos os cavacos portadores de calor possam ser lavados.

Líquido refrigerante de alta pressão

Para aplicações de torneamento, a localização e a pressão do refrigerante são críticas. Com a aplicação correta, velocidades de superfície e taxas de remoção de metal mais altas podem ser alcançadas. A única desvantagem é que o material subjacente será depositado novamente na superfície da peça. Isso pode ser superado planejando a estratégia de corte e reduzindo a pressão de refrigeração para o acabamento final.

Feed constante

O titânio é um endurecimento fácil de trabalhar, ou seja, ao cortar materiais, o titânio torna-se mais duro e, portanto, desgasta mais ferramentas. O avanço constante garante que o material endurecido de usinagem seja mantido em um mínimo absoluto.

Aumente a taxa de alimentação

Se a máquina permitir, aumentar a taxa de avanço significa que a ferramenta gasta menos tempo em uma área específica, então não há mais tempo para acúmulo de calor e encruamento para afetar a aresta de corte da ferramenta.

Ferramenta ing

A ponta de metal duro revestida com PVD é a ferramenta mais adequada para cortar titânio. Revestimentos de ferramentas mais novos e avançados também podem ser fornecidos, como o TiAIN (nitreto de alumínio e titânio). O titânio é um material elástico, por isso esta ferramenta afiada é absolutamente essencial. Ferramentas sem corte irão limpar a superfície e causar instabilidade.

Controle de chip

O titânio produz cavacos longos, que podem facilmente danificar a ferramenta e marcar a superfície da peça. Além disso, cavacos longos e finos não são ideais porque não ajudam a transferir o calor para longe da área de trabalho. Portanto, ao usinar titânio, ferramentas e caminhos de ferramenta ideais são ideais para fazer cavacos menores e mais espessos.

Caminho da ferramenta

Escolher o caminho certo da ferramenta ao usinar titânio é tão importante quanto escolher a ferramenta certa. Ao usinar titânio, é absolutamente necessário garantir que o caminho da ferramenta sempre encaixe na peça de trabalho. Ao cortar uma ranhura, o caminho da ferramenta combinado com um padrão ciclóide reduzirá o tempo para qualquer ranhura se encaixar no material, o que ajuda a limitar o acúmulo de calor. Conduzir a ferramenta de corte para dentro e para fora da peça ajuda a reduzir choques e movimentos bruscos que podem danificar gravemente a ferramenta.

Ferramenta de máquina

Uma máquina-ferramenta robusta é essencial para a usinagem bem-sucedida do titânio. A fresadora de titânio ideal deve ser rígida e o fuso deve ser capaz de funcionar em baixa velocidade e alto torque. Isso ajuda a absorver a vibração e reduzir a vibração durante o corte, que é um problema comum na usinagem de ligas de titânio.

Vantagens e desvantagens da usinagem de titânio

A liga de titânio tem as vantagens de peso leve, alta resistência, boa resistência à corrosão, etc., por isso é amplamente utilizada na indústria automobilística. A liga de titânio mais utilizada é em sistemas de motores de automóveis. A baixa densidade da liga de titânio pode reduzir a massa inercial das partes móveis. Ao mesmo tempo, a mola da válvula de titânio pode aumentar a vibração livre, reduzir a vibração da carroceria do veículo e aumentar a velocidade do motor e a potência de saída.

A escolha da liga de titânio pode reduzir o estresse de carga das peças relacionadas e reduzir o tamanho das peças, reduzindo assim a qualidade do motor e de todo o veículo. A redução da massa inercial das peças reduz a vibração e o ruído e melhora o desempenho do motor. A aplicação de liga de titânio em outras peças pode melhorar o conforto do pessoal e a beleza do carro. Na aplicação da indústria automobilística, a liga de titânio tem desempenhado um papel inestimável na economia de energia e redução do consumo.

Alta resistência à corrosão, excelente biocompatibilidade e a melhor relação resistência-peso de todos os metais. Essas qualidades tornam a liga de titânio um material particularmente procurado nas indústrias aeroespacial e médica.

Devido à sua afinidade por outros elementos, o titânio não pode ser encontrado naturalmente, portanto, processos complexos e que consomem energia são necessários para refiná-lo. Isso significa que o preço das ligas de titânio é muito mais alto do que outros metais, seja na fundição inicial do metal ou no processamento subsequente.

Outra grande desvantagem do titânio é a dificuldade técnica no processo de usinagem.

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