Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Обрабатываемость титана и его сплавов

03.11.2018

Титан и его сплавы обычно относятся к материалам, имеющим весьма плохую обрабатываемость. Температура плавления титана составляет 1668° С. При комнатной температуре он является пластичным материалом с гексагональной плотноупакованной структурой, переходящей в объемно-центрированную структуру при температуре 882° С. Поставляется несколько марок технически чистого титана в зависимости от соотношения углерода, азота и кислорода; твердость и прочности титана повышаются, а пластичность уменьшается с увеличением содержания этих элементов.

Характеристики обрабатываемости титана отличаются от характеристик обрабатываемости других чистых металлов, рассмотренных ранее, и по нескольким критериям нельзя сказать, что он имеет плохую обрабатываемость. Стойкость инструмента ограничивается или износом задней поверхности, или деформацией инструмента, или обоими критериями вместе. Скорости съема металла для приемлемой стойкости инструмента ниже, чем при обработке железа. Однако силы резания и потребляемая мощность значительно меньше, чем при обработке железа, никеля или даже меди, особенно в диапазоне низких скоростей резания. Эти малые силы резания связаны с гораздо меньшей площадкой контакта на передней поверхности инструмента, чем при обработке резанием любого из ранее рассмотренных материалов, за исключением магния. Вследствие малой площадки контакта угол сдвига большой и стружка тонкая, часто незначительно толще, чем величина подачи. Образующаяся стружка сплошная, но с явно выраженными сегментами («пилообразная»), и при обработке сплавов это становится особенно заметным (рис. 7.33). При резании технически чистого титана нарост не образуется, и зона пластического течения на передней поверхности в среднем очень тонкая, обычно менее 0,012 мм и часто значительно тоньше.

Основные трудности механической обработки титана связаны с большой продолжительностью работы инструмента и низкими допустимыми скоростями съема металла, несмотря на небольшие силы резания. Причиной этого являются высокие температуры и неблагоприятное распределение температуры в инструментах, используемых для обработки титана. Температуры в зоне пластического течения выше, чем при обработке железа при той же скорости резания, например, максимальная температура на передней поверхности инструмента составляла 900°С после обработки технически чистого титана со скоростью 91 м/мин и 650°С после обработки железа с той же скоростью и при стандартных режимах резания. Градиенты температуры в инструментах, используемых для обработки титана, приведенные на рис. 7.34, должны быть сравнены с градиентами температуры при обработке железа и никеля. Распределение температуры при обработке титана более похоже на распределение температуры при обработке железа, однако холодная зона около режущей кромки очень узкая, и зона высокой температуры расположена гораздо ближе к режущей кромке. Общая длина контакта очень короткая, и нагретые зоны не распространяются вдоль передней поверхности. Таким образом, несмотря на низкие силы резания, напряжения на передней поверхности высокие, и в зоне наибольших напряжений возле режущей кромки генерируется высокая температура. Это приводит к деформации режущей кромки и быстрому выходу инструмента из строя вследствие образования новых источников нагрева на деформированной и изношенной задней поверхности. Зачастую разрушение начинается с вершины инструмента.

Градиенты температуры в инструментах для обработки титановых сплавов аналогичны градиентам температуры, возникающим при обработке технически чистых металлов и отличаются от градиентов температуры при обработке стали или никелевых сплавов. Вообще, влияние легирующих добавок проявляется в увеличении температуры при любых режимах резания и, следовательно, в уменьшении допустимой скорости резания. При обработке резанием технически чистого титана влияние увеличивающегося количества посторонних примесей углерода, азота и кислорода имеет явно выраженный характер. В одной серии экспериментов повышение содержания кислорода от 0,13 до 0,20% снизило скорость срезания, при которой образуется температура 900° С, от 91 до 53 м/мин.

При обработке сплавов, содержащих вторую фазу, повышение температуры при любой скорости резания более заметно. При стандартных режимах во время проведения экспериментов инструменты, используемые для обработки сплавов, содержащих 6% Al и 4% V, нагревались до температуры выше 900° С (на передней поверхности) при скорости резания около 19 м/мин. При обработке коммерческих сплавов, содержащих 11% Sn, 2,25% Al и 4% Mo, выход из строя инструментов из быстрорежущей стали, вызванный напряжениями и температурой, наблюдался после обработки в течение только 30 с при скорости 12 м/мин. При выходе из строя инструментов из быстрорежущей стали не только режущая кромка деформируется под действием нормальных напряжений сжатия, но и срезается нагретая быстрорежущая сталь, образуя лунку износа на передней поверхности, аналогично тому как это происходит при обработке стали.

Помимо деформации, диффузионные процессы, по-видимому, в основном являются причиной износа инструментов как из быстрорежущей стали, так и из твердого сплава при обработке титановых сплавов. При обработке инструментами из твердых сплавов большая стойкость достигается при применении WC—Co сплава, чем твердого сплава для обработки стали, содержащего TiC и TaC. Применение TiC, который успешно препятствует диффузионному износу при обработке стали, оказывает обратный эффект в отношении диффузионного износа при обработке титана и его сплавов. Имеются данные о том, что кубические зерна карбидов, содержащие TiC, диффундируют в обрабатываемый титан быстрее, чем зерна WC. Износостойкость при диффузионном износе и сопротивление деформированию при высоких температурах делают твердый сплав на основе WC—Co пригодным для обработки титановых сплавов. Даже при применении вольфрамовых сплавов скорости резания при механической оработке сплавов с более высоким сопротивлением ползучести низкие, например, 30 м/мин.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: