סגסוגות טיטניוםבעלי יתרונות רבים. לדוגמה: עמידות בפני קורוזיה גבוהה, צפיפות נמוכה וחוזק גבוה, תכונות לא-מגנטיות, תאימות ביולוגית ועמידות-בטמפרטורה גבוהה. עם זאת, סגסוגות טיטניום הן למעשה קשות לעיבוד ודורשות כלי חיתוך מיוחדים. מאמר זה ידון בסיבות מדוע סגסוגות טיטניום קשות לעיבוד ובאמצעי הנגד שניתן לנקוט.
1. סיבות מדוע סגסוגות טיטניום קשות לעיבוד
ראשית, ריכוז חום
לרוב סגסוגות הטיטניום יש מוליכות תרמית נמוכה מאוד-רק 1/7 מזו של פלדה, 1/16 של אלומיניום ו-1/25 של נחושת. כתוצאה מכך, החום שנוצר במהלך העיבוד של סגסוגות טיטניום אינו מועבר במהירות לחומר העבודה או נישא על ידי השבבים, אלא מתרכז באזור החיתוך.
הטמפרטורות בקצה החיתוך יכולות להגיע עד ל-1,000 מעלות, מה שגורם לבלאי מהיר ולסדקים של קצה החיתוך של הכלי, מה שמוביל להצטברות שבבים ולקיצור חיי השירות של הכלי.
הטמפרטורות הגבוהות שנוצרות במהלך החיתוך פוגעות גם בשלמות פני השטח של חלקי סגסוגת טיטניום, וכתוצאה מכך דיוק גיאומטרי מופחת והתקשות העבודה, מה שמפחית מאוד את חוזק העייפות שלהם.
שנית, דפורמציה אלסטית
מודול האלסטי של סגסוגות טיטניום אינו גבוה במיוחד; לדוגמה, מודול האלסטי של TC4 הוא רק 110 GPa, ואילו זה של פלדה 45 הוא 210 GPa, וזה של פלדות אל חלד כמו 303, 304 ו-316 הוא גם בסביבות 200 GPa. לכן, עיוות אלסטי עשוי להתרחש בעת עיבוד סגסוגות טיטניום.
בעיה זו חמורה אף יותר בעת עיבוד של חלקים דקים-בקירות או בצורת טבעת-. לא קל לעבד חלקים מסגסוגת טיטניום דקים-לדיוק הממדים הרצוי. הסיבה לכך היא שכאשר חומר היצירה נדחק על ידי כלי החיתוך, העיוות המקומי באזורים הדקים -חורג מהגבול האלסטי, וכתוצאה מכך דפורמציה פלסטית, מה שמגביר משמעותית את החוזק והקשיות של החומר בנקודת החיתוך.
לחץ החיתוך גורם לחומר ה"אלסטי" להתרחק מהכלי ולהתאושש, וכתוצאה מכך לחיכוך בין הכלי לחומר העולה על כוח החיתוך. החיכוך הזה מייצר חום, מה שמחמיר את בעיית המוליכות התרמית הירודה של סגסוגות טיטניום.
שלישית, לסגסוגות טיטניום יש זיקה גבוהה, מה שמוביל להיווצרות שבבים ארוכים ורציפים במהלך הפנייה והקידוח. שבבים אלו עלולים לעטוף את הכלי ולפגוע בתפקודו. עומק חיתוך מוגזם עלול לגרום להידבקות הכלים, שריפת הכלים ושבירת הכלים.
כמובן, הזיקה הגבוהה הזו שימושית למדי גם ביישומים אחרים; למשל, במשאבות יונים, שבהן משתמשים בטיטניום עבור לוחות קתודה. כאשר אטומי טיטניום מקרזים על דופן צינור האנודה, הם סופחים גז, ובכך יוצרים ואקום- גבוה במיוחד.
רביעית, רטט
בעוד שהאלסטיות של סגסוגות טיטניום עשויה להועיל לביצועי החלק, במהלך תהליך החיתוך, העיוות האלסטי של חלק העבודה הוא הגורם העיקרי לרטט.
הרטט שנוצר בעת עיבוד סגסוגות טיטניום הוא בערך פי 10 מזה של פלדה. מכיוון שחום החיתוך מרוכז באזור החיתוך, הדבר מייצר שבבים משוננים ומוביל לתנודות בכוח החיתוך.
2. אמצעי נגד ליכולת העיבוד הקשה של סגסוגות טיטניום
ראשית, קירור
ניתן להשתמש בנוזל קירור כדי להפחית את הטמפרטורות הגבוהות שנוצרות במהלך תהליך החיתוך. בדרך כלל, נוזלי קירור לא-מסיסים-מבוססים על שמן משמשים לחיתוך וגזירה-במהירות-בעומס כבד, בעוד נוזלי קירור חיתוך מסיסים משמשים לחיתוך או גזירה-במהירות גבוהה.
בנוסף, ניתן להשתמש בשיטות חיתוך קריוגני, באמצעות חנקן נוזלי (-180 מעלות) או CO₂ נוזלי (-76 מעלות) כנוזל החיתוך כדי להוריד את הטמפרטורה באזור החיתוך. שיטה זו יכולה להפחית את כוח החיתוך העיקרי ב-20% ולהוריד את טמפרטורת החיתוך ביותר מ-300 מעלות. במקביל, הקצה המובנה נעלם, איכות פני השטח המעובדים משתפרת, וחיי הכלים גדלים בפקטור של 2 עד 3.
שנית, בחירת כלי החיתוך הנכונים
בחירת כלי החיתוך הנכונים יכולה להניב שיפורים משמעותיים.
מכיוון שחום חייב להתפזר דרך קצה החיתוך ונוזל הקירור-ולא דרך השבב, כפי שקורה עם פלדה-חלק קטן מקצה החיתוך חייב לעמוד בלחצים תרמיים ומכניים גבוהים במיוחד. שימוש בקצה חיתוך חד מפחית את כוחות החיתוך.
בנוסף, ניתן להפחית את לחץ החיתוך על ידי שימוש בתוספות קרקע עם חריצים מלוטשים וזוויות גריפה חיוביות גבוהות.
במידת הצורך, ניתן להשתמש בכלים מצופים גם כדי להתנגד להידבקות לסגסוגת ולשבור שבבים ארוכים, ובכך למזער את החיכוך במהלך פינוי שבבים-כל אלו עוזרים למנוע יצירת חום במהלך העיבוד.
שלישית, לשמור על קצב הזנה קבוע או להגדיל את קצב ההזנה
טיטניום נוטה להתקשות-כלומר, הוא נעשה קשה יותר ככל שהוא מעובד, מה שמוביל לבלאי מוגבר של הכלים. קצב הזנה קבוע מבטיח שהקשחת העבודה נשמרת למינימום.
כמובן, אם המכונה מאפשרת, ניתן להגדיל את קצב ההזנה. המשמעות היא שהכלי מבלה פחות זמן באזור ספציפי, מה שמשאיר פחות זמן להצטברות חום ולהתקשות עבודה.
רביעית, להפחית את מהירות החיתוך
לדוגמה, השתמש ב-שליש או פחות ממהירות החיתוך המשמשת לפלדה כדי לשלוט בהפקת חום.
חמישית, שנה כלים בהתאם לתהליך
לכלים עם ציפוי קרמיקה, טיטניום קרביד וטיטניום ניטריד המשמשים לעיבוד סגסוגות טיטניום יהיו חיי שירות קצרים יותר.
דוא"ל-:garychen3215@hotmail.com
כתובת: No.35, Baoti Rd, העיר Baoji, מחוז שאאנשי, סין
איש קשר: מר גארי צ'ן
טלפון: +86-917-8883215
נייד/וואטסאפ: +86 13092900605
