ข้อกำหนดเครื่องมือตัด เจาะ และกรีดโลหะผสมไทเทเนียม

โลหะผสมไทเทเนียมหมายถึงโลหะผสมหลายชนิดที่ทำจากไทเทเนียมและโลหะอื่นๆ ไทเทเนียมเป็นโลหะโครงสร้างที่สำคัญที่พัฒนาขึ้นในช่วงปี 1950 โลหะผสมไททาเนียมมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และทนความร้อนสูง ในช่วงทศวรรษปี 1950 และ 1960 จุดสนใจหลักอยู่ที่การพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอุณหภูมิสูงสำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน และโลหะผสมไทเทเนียมที่มีโครงสร้างสำหรับลำตัวเครื่องบิน

ในปี 1970 มีการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อการกัดกร่อนจำนวนหนึ่ง นับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา โลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อการกัดกร่อนและโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม โลหะผสมไทเทเนียมส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนคอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์อากาศยาน ตามมาด้วยจรวด ขีปนาวุธ และชิ้นส่วนโครงสร้างเครื่องบินความเร็วสูง

ไทเทเนียมเป็นโลหะโครงสร้างที่สำคัญที่พัฒนาขึ้นในช่วงปี 1950 โลหะผสมไทเทเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และทนความร้อนสูง หลายประเทศทั่วโลกตระหนักถึงความสำคัญของวัสดุโลหะผสมไทเทเนียม และได้ทำการวิจัยและพัฒนาวัสดุเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง และได้รับการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ

โลหะผสมไททาเนียมที่ใช้งานได้จริงชนิดแรกคือโลหะผสม Ti-6Al-4V ที่พัฒนาขึ้นอย่างประสบความสำเร็จในสหรัฐอเมริกาเมื่อปี 1954 เนื่องจากมีความต้านทานความร้อน ความแข็งแรง ความเป็นพลาสติก ความเหนียว การขึ้นรูป การเชื่อม ความต้านทานการกัดกร่อน และ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ มันได้กลายเป็นโลหะผสมเอซในอุตสาหกรรมโลหะผสมไทเทเนียม การใช้โลหะผสมนี้คิดเป็น 75% ถึง 85% ของโลหะผสมไทเทเนียมทั้งหมด โลหะผสมไทเทเนียมอื่นๆ อีกหลายชนิดถือได้ว่าเป็นการดัดแปลงโลหะผสม Ti-6Al-4V

ในช่วงทศวรรษที่ 1950 และ 1960 การพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอุณหภูมิสูงสำหรับเครื่องยนต์อากาศยานและโลหะผสมไทเทเนียมที่มีโครงสร้างสำหรับลำตัวเป็นจุดสนใจหลัก ในปี 1970 มีการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อการกัดกร่อนจำนวนหนึ่ง นับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา โลหะผสมไทเทเนียมที่ทนต่อการกัดกร่อนและโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม อุณหภูมิการใช้งานของโลหะผสมไทเทเนียมทนความร้อนเพิ่มขึ้นจาก 400 องศาในปี 1950 เป็น 600-650 องศาในปี 1990 การเกิดขึ้นของโลหะผสมที่มีพื้นฐานจาก A2 (Ti3Al) และ r (TiAl) ได้ผลักดันการใช้ไทเทเนียมในเครื่องยนต์ตั้งแต่ส่วนเย็น (พัดลมและคอมเพรสเซอร์) ของเครื่องยนต์ไปจนถึงส่วนปลายร้อน (กังหัน) ของเครื่องยนต์ โลหะผสมไทเทเนียมเชิงโครงสร้างกำลังพัฒนาให้มีความแข็งแรงสูง ความเป็นพลาสติกสูง ความแข็งแรงและความเหนียวสูง โมดูลัสสูง และความทนทานต่อความเสียหายสูง

นอกจากนี้ นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา รูปร่างโลหะผสมของหน่วยความจำ เช่น Ti-Ni, Ti-Ni-Fe และ Ti-Ni-Nb ก็ปรากฏตัวขึ้นและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในด้านวิศวกรรม

มีโลหะผสมไทเทเนียมหลายร้อยชนิดที่พัฒนาขึ้นในโลก และโลหะผสมที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ 20 ถึง 30 เช่น Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2 5Sn, Ti-2อัล-2.5Zr, Ti-32Mo, Ti-Mo-Ni, Ti-Pd, SP-700, Ti-6242, Ti -10-5-3, Ti-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI834 ฯลฯ [2,4]

ตามสถิติที่เกี่ยวข้อง ปริมาณไทเทเนียมที่ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีในประเทศของฉันสูงถึง 25,000 ตันในปี 2555 ซึ่งลดลงจากปี 2554 นี่เป็นครั้งแรกที่ตลาดไทเทเนียมเคมีในประเทศของฉันเผชิญกับการเติบโตติดลบนับตั้งแต่ พ.ศ. 2552 ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมเคมีเป็นผู้ใช้วัสดุแปรรูปไทเทเนียมรายใหญ่ที่สุด และการใช้งานดังกล่าวคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 50% ของการใช้ไทเทเนียมทั้งหมดเสมอ และในปี 2554 คิดเป็นสูงถึง 55% อย่างไรก็ตาม ในขณะที่เศรษฐกิจตกต่ำลง อุตสาหกรรมเคมีไม่เพียงแต่เห็นการลดลงอย่างมีนัยสำคัญในโครงการใหม่ แต่ยังเผชิญกับการปรับโครงสร้างอุตสาหกรรมด้วย โดยมีการควบคุมกำลังการผลิตใหม่สำหรับผลิตภัณฑ์บางอย่าง และกำลังการผลิตที่ล้าสมัยจะค่อยๆ หมดไป การใช้วัสดุแปรรูปไทเทเนียมที่ลดลงจึงกลายเป็นประเด็นสำคัญ ก่อนหน้านี้ คนในวงการอุตสาหกรรมคาดการณ์ว่าการใช้ไทเทเนียมในอุตสาหกรรมเคมีจะถึงจุดสูงสุดระหว่างปี 2556 ถึง 2558 เมื่อพิจารณาจากผลการดำเนินงานของตลาดในปัจจุบัน ความอ่อนแอทางเศรษฐกิจโดยรวมในปี 2555 อาจส่งผลให้การใช้ไทเทเนียมในอุตสาหกรรมเคมีลดลง

ไทเทเนียมเป็นโลหะชนิดใหม่ ประสิทธิภาพของไทเทเนียมสัมพันธ์กับปริมาณสิ่งสกปรก เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน และออกซิเจน ไทเทเนียมไอโอไดด์ที่บริสุทธิ์ที่สุดมีปริมาณสารเจือปนไม่เกิน 0.1% แต่มีความแข็งแรงต่ำและมีความเป็นพลาสติกสูง คุณสมบัติของไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม 99.5% คือ: ความหนาแน่น ρ=4.5g/cm3, จุดหลอมเหลว 1,725 ​​องศา , ค่าการนำความร้อน γ=15.24W/(mK), ความต้านทานแรงดึง σb=539 MPa, การยืดตัว δ=25%, การหดตัวตามขวาง ψ=25%, โมดูลัสยืดหยุ่น E=1.078×105MPa, ความแข็ง HB195

ความแข็งแรงสูง: ความหนาแน่นของโลหะผสมไททาเนียมโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 4.51g/cm3 ซึ่งเป็นเพียง 60% ของเหล็ก โลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงสูงบางชนิดมีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กโครงสร้างโลหะผสมหลายชนิด ดังนั้นความแข็งแรงจำเพาะ (ความแข็งแรง/ความหนาแน่น) ของโลหะผสมไททาเนียมจึงมากกว่าวัสดุโครงสร้างโลหะอื่นๆ มาก และสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงต่อหน่วยสูง ความแข็งแกร่งที่ดีและน้ำหนักเบาได้ ส่วนประกอบของเครื่องยนต์อากาศยาน โครงกระดูก หนัง ตัวยึด และล้อลงจอดล้วนใช้โลหะผสมไทเทเนียม

ความแข็งแรงทางความร้อนสูง

อุณหภูมิในการทำงานสูงกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์หลายร้อยองศา ยังคงสามารถรักษาความแรงที่ต้องการได้ที่อุณหภูมิปานกลางและสามารถทำงานได้นานที่ 450-500 องศา โลหะผสมไททาเนียมทั้งสองประเภทนี้ยังคงมีความแข็งแรงจำเพาะสูงในช่วง 150 องศา -500 องศา ในขณะที่ความแข็งแรงจำเพาะของโลหะผสมอลูมิเนียมจะลดลงอย่างมากที่ 150 องศา อุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมไททาเนียมสามารถสูงถึง 500 องศา ในขณะที่อุณหภูมิของโลหะผสมอลูมิเนียมอยู่ต่ำกว่า 200 องศา

ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี

โลหะผสมไททาเนียมทำงานในบรรยากาศชื้นและตัวกลางของน้ำทะเล และความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมมาก มีความต้านทานที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน การกัดกร่อนของกรด และการกัดกร่อนจากความเค้น มีความต้านทานการกัดกร่อนต่อด่าง คลอไรด์ สารอินทรีย์คลอรีน กรดไนตริก กรดซัลฟิวริก ฯลฯ ได้ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำต่อการลดออกซิเจนและตัวกลางเกลือโครเมียม

ประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำดี

โลหะผสมไทเทเนียมยังคงสามารถรักษาคุณสมบัติทางกลได้ที่อุณหภูมิต่ำและต่ำมาก โลหะผสมไทเทเนียมที่มีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำที่ดีและองค์ประกอบคั่นระหว่างหน้าต่ำมาก เช่น TA7 ยังคงสามารถรักษาความเป็นพลาสติกบางส่วนไว้ที่ -253 องศา ดังนั้นโลหะผสมไททาเนียมจึงเป็นวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิต่ำที่สำคัญเช่นกัน

กิจกรรมทางเคมีสูง

ไทเทเนียมมีฤทธิ์ทางเคมีสูงและทำปฏิกิริยารุนแรงกับ O2, N2, H2, CO, CO2, ไอน้ำ, แอมโมเนีย ฯลฯ ในชั้นบรรยากาศ เมื่อปริมาณคาร์บอนมากกว่า 0.2% TiC แข็งจะถูกสร้างขึ้นในโลหะผสมไทเทเนียม เมื่ออุณหภูมิสูง มันจะก่อตัวเป็นชั้นผิว TiN ที่แข็งเมื่อทำปฏิกิริยากับ N; ที่สูงกว่า 600 องศา ไทเทเนียมจะดูดซับออกซิเจนเพื่อสร้างชั้นแข็งที่มีความแข็งสูง เมื่อปริมาณไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น ก็จะเกิดชั้นที่เปราะขึ้นด้วย ความลึกของชั้นพื้นผิวแข็งและเปราะที่เกิดจากการดูดซับก๊าซสามารถอยู่ที่ 0.1-0.15 มม. และระดับการชุบแข็งคือ 20%-30% ไทเทเนียมยังมีความสัมพันธ์ทางเคมีสูง และมีแนวโน้มที่จะยึดเกาะกับพื้นผิวเสียดสี

ความยืดหยุ่นการนำความร้อนต่ำ

ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมคือ γ=15.24W/(m·K) ซึ่งมีค่าประมาณ 1/4 ของนิกเกิล เหล็ก 1/5 และอะลูมิเนียม 1/14 ในขณะที่ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมต่างๆ โลหะผสมมีค่าต่ำกว่าไทเทเนียมประมาณ 50% โมดูลัสยืดหยุ่นของโลหะผสมไททาเนียมมีค่าประมาณ 1/2 ของโมดูลัสของเหล็ก จึงมีความแข็งแกร่งต่ำและเปลี่ยนรูปได้ง่าย ไม่เหมาะสำหรับทำแท่งเรียวและชิ้นส่วนผนังบาง การเด้งกลับของพื้นผิวที่ผ่านการประมวลผลในระหว่างการตัดมีขนาดใหญ่มาก ประมาณ 2 ถึง 3 เท่าของเหล็กกล้าไร้สนิม ทำให้เกิดการเสียดสีอย่างรุนแรง การยึดเกาะ และการสึกหรอของการยึดเกาะที่ด้านหลังของเครื่องมือ

โลหะผสมไททาเนียมมีความแข็งแรงสูงและมีความหนาแน่นต่ำ มีคุณสมบัติทางกลที่ดี มีความเหนียวและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี นอกจากนี้ โลหะผสมไททาเนียมยังมีประสิทธิภาพของกระบวนการต่ำและตัดได้ยาก ในระหว่างกระบวนการร้อน จะดูดซับสิ่งเจือปน เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอนได้ง่ายมาก นอกจากนี้ยังมีความต้านทานการสึกหรอต่ำและกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน การผลิตไทเทเนียมทางอุตสาหกรรมเริ่มขึ้นในปี 1948 ความต้องการในการพัฒนาอุตสาหกรรมการบินได้นำไปสู่การพัฒนาอุตสาหกรรมไทเทเนียมโดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีประมาณ 8% ผลผลิตประจำปีของวัสดุแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมในโลกมีมากกว่า 40,000 ตัน และมีเกรดโลหะผสมไทเทเนียมเกือบ 30 เกรด โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) และไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรม (TA1, TA2 และ TA3)

โลหะผสมไทเทเนียมส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนคอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์อากาศยาน ตามมาด้วยจรวด ขีปนาวุธ และชิ้นส่วนโครงสร้างเครื่องบินความเร็วสูง ในช่วงกลาง-1960 ไทเทเนียมและโลหะผสมของไทเทเนียมถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไปเพื่อผลิตอิเล็กโทรดสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กโทรลิซิส คอนเดนเซอร์สำหรับโรงไฟฟ้า เครื่องทำความร้อนสำหรับการกลั่นน้ำมันและการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล และอุปกรณ์ควบคุมมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ไทเทเนียมและโลหะผสมของมันได้กลายเป็นวัสดุโครงสร้างที่ทนต่อการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตวัสดุกักเก็บไฮโดรเจนและสร้างโลหะผสมหน่วยความจำอีกด้วย

จีนเริ่มวิจัยเกี่ยวกับโลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมในปี 1956 ในช่วงกลาง-1960 การผลิตวัสดุไทเทเนียมทางอุตสาหกรรมเริ่มต้นขึ้นและมีการพัฒนาโลหะผสม TB2

โลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างใหม่ที่สำคัญที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ความถ่วงจำเพาะ ความแข็งแรง และอุณหภูมิในการทำงานอยู่ระหว่างอะลูมิเนียมกับเหล็กกล้า แต่มีความแข็งแกร่งกว่าอะลูมิเนียมและเหล็กกล้า และมีความทนทานต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ดีเยี่ยมและประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ ในปี พ.ศ. 2493 สหรัฐอเมริกาใช้มันกับเครื่องบินทิ้งระเบิด F-84 เป็นครั้งแรกในฐานะส่วนประกอบที่ไม่รับน้ำหนัก เช่น แผงป้องกันความร้อนที่ลำตัวด้านหลัง ที่ปิดบังลม และที่ปิดส่วนท้าย นับตั้งแต่ทศวรรษ 1960 การใช้โลหะผสมไททาเนียมได้ย้ายจากลำตัวด้านหลังไปยังลำตัวตรงกลาง และแทนที่เหล็กโครงสร้างบางส่วนเพื่อผลิตส่วนประกอบรับน้ำหนักที่สำคัญ เช่น ผนังกั้น คาน และรางพนัง การใช้โลหะผสมไทเทเนียมในเครื่องบินทหารเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วถึง 20% ถึง 25% ของน้ำหนักโครงสร้างเครื่องบิน นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา เครื่องบินพลเรือนได้เริ่มใช้โลหะผสมไทเทเนียมในปริมาณมาก ตัวอย่างเช่น เครื่องบินโดยสารโบอิ้ง 747 ใช้ไทเทเนียมมากกว่า 3,640 กิโลกรัม เครื่องบินที่มีเลขมัคมากกว่า 2.5 จะใช้ไททาเนียมแทนเหล็กเป็นหลักเพื่อลดน้ำหนักโครงสร้าง ตัวอย่างเช่น เครื่องบินลาดตระเวนความเร็วสูงและระดับความสูงของ SR ของสหรัฐฯ-71 (หมายเลขมัคการบิน 3 ระดับความสูงการบิน 26,212 เมตร) ไทเทเนียมคิดเป็น 93% ของน้ำหนักโครงสร้างเครื่องบิน หรือที่เรียกว่า "ทั้งหมด -เครื่องบินไทเทเนียม" เมื่ออัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์เครื่องบินเพิ่มขึ้นจาก 4-6 เป็น 8-10 และอุณหภูมิทางออกของคอมเพรสเซอร์เพิ่มขึ้นจาก 200-300 องศาเป็น 500-600 องศา อุณหภูมิที่ต่ำ- แผ่นและใบมีดคอมเพรสเซอร์แรงดัน แต่เดิมทำจากอลูมิเนียมต้องถูกแทนที่ด้วยโลหะผสมไททาเนียม หรือต้องใช้โลหะผสมไทเทเนียมแทนสแตนเลสเพื่อทำแผ่นและใบมีดคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงเพื่อลดน้ำหนักของโครงสร้าง ในปี 1970 ปริมาณโลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้ในเครื่องยนต์อากาศยานโดยทั่วไปคิดเป็น 20% ถึง 30% ของน้ำหนักรวมของโครงสร้าง และส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนคอมเพรสเซอร์ เช่น พัดลมไทเทเนียมปลอมแปลง แผ่นคอมเพรสเซอร์และใบมีด การหล่อ เคสคอมเพรสเซอร์ไทเทเนียม, เคสกลาง, เคสแบริ่ง ฯลฯ ยานอวกาศส่วนใหญ่ใช้โลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อน และทนต่ออุณหภูมิต่ำเพื่อผลิตภาชนะรับความดัน ถังเชื้อเพลิง ตัวยึด สายรัดเครื่องมือ เฟรม และปลอกจรวดต่างๆ ดาวเทียมโลกเทียม โมดูลดวงจันทร์ ยานอวกาศที่มีคนขับ และกระสวยอวกาศยังใช้ชิ้นส่วนเชื่อมแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม

การตัด การเจาะ และการต๊าปไททาเนียมอัลลอยด์มีข้อกำหนดสูงเป็นพิเศษสำหรับเครื่องมือตัด สว่านเจาะหลุม และต๊าปเกลียว: เมื่อความแข็งของโลหะผสมไททาเนียมมากกว่า HB350 การตัดจะยากเป็นพิเศษ เมื่อน้อยกว่า HB300 จะติดเครื่องมือได้ง่ายและตัดยากด้วย อย่างไรก็ตาม ความแข็งของโลหะผสมไททาเนียมเป็นเพียงแง่มุมหนึ่งของความยากในการตัดเท่านั้น สิ่งสำคัญอยู่ที่อิทธิพลที่ครอบคลุมของคุณสมบัติทางเคมี กายภาพ และทางกลของโลหะผสมไททาเนียมที่มีต่อความสามารถในการแปรรูปการตัด โลหะผสมไทเทเนียมมีลักษณะการตัดดังต่อไปนี้:

(1) ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปเล็กน้อย: นี่เป็นคุณลักษณะสำคัญของการตัดโลหะผสมไททาเนียม ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปน้อยกว่าหรือใกล้ 1 ระยะเสียดทานการเลื่อนของเศษที่คมตัดด้านหน้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งจะทำให้เครื่องมือสึกหรอเร็วขึ้น

(2) อุณหภูมิในการตัดสูง: เนื่องจากค่าการนำความร้อนของโลหะผสมไททาเนียมมีค่าน้อยมาก (เทียบเท่ากับ 1/5 ถึง 1/7 ของเหล็ก 45 เท่านั้น) ความยาวสัมผัสระหว่างเศษและคมตัดด้านหน้าจึงสั้นมาก ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะส่งผ่านและกระจุกตัวอยู่ในช่วงเล็กๆ ใกล้กับพื้นที่ตัดและคมตัด อุณหภูมิในการตัดสูงมาก ภายใต้สภาวะการตัดเดียวกัน อุณหภูมิในการตัดอาจมากกว่าสองเท่าของการตัดเหล็ก 45

(3) แรงตัดขนาดใหญ่ต่อหน่วยพื้นที่: แรงตัดหลักจะน้อยกว่าแรงตัดเหล็กประมาณ 20% เนื่องจากความยาวหน้าสัมผัสระหว่างเศษและคมตัดด้านหน้าสั้นมาก แรงตัดต่อพื้นที่หน้าสัมผัสหน่วยจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้เกิดการบิ่นได้ง่าย ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากโมดูลัสยืดหยุ่นเล็กน้อยของโลหะผสมไททาเนียม จึงง่ายต่อการทำให้เกิดการโค้งงอภายใต้การกระทำของแรงในแนวรัศมีระหว่างการประมวลผล ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน เพิ่มการสึกหรอของเครื่องมือ และส่งผลต่อความแม่นยำของชิ้นส่วน ดังนั้นระบบกระบวนการควรมีความแข็งแกร่งที่ดี

(4) ปรากฏการณ์การชุบแข็งเย็นอย่างรุนแรง: เนื่องจากไทเทเนียมมีฤทธิ์ทางเคมีสูง จึงง่ายต่อการดูดซับออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศเพื่อสร้างผิวด้านนอกที่แข็งและเปราะที่อุณหภูมิการตัดสูง ในเวลาเดียวกัน การเสียรูปของพลาสติกในระหว่างการตัดจะทำให้พื้นผิวแข็งตัวด้วย ปรากฏการณ์การชุบแข็งด้วยความเย็นไม่เพียงแต่ช่วยลดความล้าของชิ้นส่วนเท่านั้น แต่ยังทำให้การสึกหรอของเครื่องมือรุนแรงขึ้นอีกด้วย เป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากในการตัดโลหะผสมไททาเนียม

(5) เครื่องมือสวมใส่ง่าย: หลังจากประมวลผลช่องว่างโดยการปั๊ม การปลอม การรีดร้อน และวิธีการอื่น ๆ ผิวด้านนอกที่แข็งและเปราะจะไม่สม่ำเสมอเกิดขึ้น ซึ่งทำให้เกิดการบิ่นได้ง่ายมาก ทำให้ผิวหนังที่แข็งถูกกำจัดออก กระบวนการที่ยากที่สุดในการประมวลผลโลหะผสมไทเทเนียม นอกจากนี้ เนื่องจากโลหะผสมไททาเนียมมีความสัมพันธ์ทางเคมีสูงกับวัสดุเครื่องมือ ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิการตัดสูงและแรงตัดสูงต่อหน่วยพื้นที่ เครื่องมือจึงมีแนวโน้มที่จะสึกหรอด้วยกาว เมื่อทำการกลึงโลหะผสมไททาเนียม การสึกหรอของคมตัดด้านหน้าบางครั้งอาจรุนแรงกว่าการสึกหรอของคมตัดด้านหลังด้วยซ้ำ เมื่ออัตราการป้อน f<0.1 mm/r, the wear mainly occurs on the back cutting edge; when f>{{0}}.2 มม./รอบ คมตัดด้านหน้าจะสึกหรอ เมื่อใช้เครื่องมือคาร์ไบด์สำหรับการกลึงละเอียดและการเก็บผิวกึ่งละเอียด การสึกหรอของคมตัดด้านหลังจะเหมาะสมกว่าเมื่อ VBmax น้อยกว่า 0.4 มม.

ในการกัด เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำของวัสดุโลหะผสมไททาเนียมและความยาวสัมผัสที่สั้นมากระหว่างเศษและคมตัดด้านหน้า ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดจึงไม่สามารถส่งผ่านได้ง่าย และกระจุกตัวอยู่ในช่วงเล็กๆ ใกล้กับการตัด โซนการเปลี่ยนรูปและคมตัด ในระหว่างการประมวลผล คมตัดจะสร้างอุณหภูมิการตัดที่สูงมาก ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของเครื่องมือสั้นลงอย่างมาก สำหรับโลหะผสมไทเทเนียม Ti6Al4V ภายใต้เงื่อนไขที่ความแข็งแรงของเครื่องมือและกำลังของเครื่องมือกลอนุญาต ระดับอุณหภูมิการตัดเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือ ไม่ใช่ขนาดของแรงตัด

วัสดุเครื่องมือ

การตัดไทเทเนียมอัลลอยด์ควรเริ่มจากการลดอุณหภูมิในการตัดและลดการยึดเกาะ ควรเลือกวัสดุเครื่องมือที่มีความแข็งสีแดงดี มีความแข็งแรงในการดัดงอสูง มีการนำความร้อนได้ดี และมีความสัมพันธ์ที่ไม่ดีกับไททาเนียมอัลลอยด์ ซีเมนต์คาร์ไบด์ YG เหมาะกว่า เนื่องจากเหล็กความเร็วสูงมีความต้านทานความร้อนต่ำ จึงควรใช้เครื่องมือที่ทำจากซีเมนต์คาร์ไบด์ให้มากที่สุด วัสดุเครื่องมือซีเมนต์คาร์ไบด์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ YG8, YG3, YG6X, YG6A, 813, 643, YS2T และ YD15

ใบมีดเคลือบและซีเมนต์คาร์ไบด์ประเภท YT จะมีความสัมพันธ์กันอย่างมากกับโลหะผสมไททาเนียม ส่งผลให้การสึกหรอของพันธะของเครื่องมือรุนแรงขึ้น และไม่เหมาะสำหรับการตัดโลหะผสมไทเทเนียม สำหรับเครื่องมือที่ซับซ้อนและมีหลายคมตัด เหล็กกล้าความเร็วสูงวานาเดียมสูง (เช่น W12Cr4V4Mo) เหล็กกล้าความเร็วสูงโคบอลต์สูง (เช่น W2Mo9Cr4VCo8) หรือเหล็กกล้าความเร็วสูงอะลูมิเนียม (เช่น W6Mo5Cr4V2Al, M10Mo4Cr4V3Al) และวัสดุเครื่องมืออื่นๆ สามารถเลือกได้ซึ่งเหมาะสำหรับทำดอกสว่าน รีมเมอร์ ดอกเอ็นมิลล์ ดอกต๊าป และเครื่องมืออื่นๆ สำหรับการตัดโลหะผสมไททาเนียม

การใช้เพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์เป็นเครื่องมือในการตัดไทเทเนียมอัลลอยด์สามารถให้ผลลัพธ์ที่สำคัญได้ ตัวอย่างเช่น การใช้เครื่องมือเพชรธรรมชาติภายใต้สภาวะการทำความเย็นแบบอิมัลชัน ความเร็วในการตัดสามารถเข้าถึง 200 ม./นาที หากไม่ได้ใช้น้ำมันตัดเฉือน ความเร็วตัดที่อนุญาตจะอยู่ที่ 100 ม./นาที ที่ปริมาณการสึกหรอเท่ากัน

ข้อควรระวัง

ในระหว่างกระบวนการตัดโลหะผสมไททาเนียม ควรสังเกตเรื่องต่อไปนี้:

(1) เนื่องจากโมดูลัสยืดหยุ่นเล็กน้อยของโลหะผสมไททาเนียม การเปลี่ยนรูปของการหนีบและการเปลี่ยนรูปความเค้นของชิ้นงานในระหว่างการประมวลผลจึงมีขนาดใหญ่ ซึ่งจะลดความแม่นยำในการประมวลผลของชิ้นงาน แรงจับยึดไม่ควรใหญ่เกินไปเมื่อติดตั้งชิ้นงาน และสามารถเพิ่มส่วนรองรับเสริมได้หากจำเป็น

(2) หากใช้น้ำมันตัดกลึงที่มีไฮโดรเจน มันจะสลายตัวและปล่อยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงในระหว่างกระบวนการตัด ซึ่งไทเทเนียมจะดูดซับไว้และทำให้เกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังอาจทำให้เกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเครียดที่อุณหภูมิสูงของโลหะผสมไททาเนียม

(3) คลอไรด์ในน้ำมันตัดกลึงอาจสลายหรือระเหยก๊าซพิษระหว่างการใช้งาน ควรใช้มาตรการป้องกันความปลอดภัยเมื่อใช้งานมิฉะนั้นไม่ควรใช้ หลังจากตัดแล้วควรทำความสะอาดชิ้นส่วนให้สะอาดหมดจดด้วยสารทำความสะอาดไร้คลอรีนทันเวลาเพื่อกำจัดสารตกค้างที่มีคลอรีน

(4) ห้ามใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ติดตั้งที่ทำจากโลหะผสมตะกั่วหรือสังกะสีเพื่อสัมผัสกับโลหะผสมไทเทเนียม ห้ามใช้ทองแดง ดีบุก แคดเมียม และโลหะผสม

(5) เครื่องมือ อุปกรณ์ติดตั้งหรืออุปกรณ์อื่น ๆ ทั้งหมดที่สัมผัสกับโลหะผสมไทเทเนียมจะต้องสะอาด ชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียมที่ทำความสะอาดจะต้องป้องกันไม่ให้ปนเปื้อนด้วยจาระบีหรือรอยนิ้วมือ มิฉะนั้นอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนของเกลือ (โซเดียมคลอไรด์) จากความเครียดได้ในอนาคต

(6) ภายใต้สถานการณ์ปกติ ไม่มีความเสี่ยงที่จะเกิดประกายไฟเมื่อตัดโลหะผสมไทเทเนียม เมื่อตัดโลหะผสมไททาเนียมจำนวนเล็กน้อยเท่านั้นจึงจะตัดได้

มีเพียงเศษเล็ก ๆ ใต้เครื่องเท่านั้นที่สามารถลุกไหม้และไหม้ได้ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดเพลิงไหม้ นอกเหนือจากการเทน้ำมันตัดกลึงจำนวนมากแล้ว ยังจำเป็นต้องป้องกันไม่ให้เศษสะสมบนเครื่องมือกล เปลี่ยนเครื่องมือทันทีหลังจากที่ทื่อ หรือลดความเร็วตัดและเพิ่มอัตราป้อนงาน อัตราการเพิ่มความหนาของชิป หากเกิดเพลิงไหม้ควรใช้แป้งฝุ่น ผงหินปูน ทรายแห้ง และอุปกรณ์ดับเพลิงอื่นๆ ในการดับไฟ ห้ามใช้คาร์บอนเตตระคลอไรด์และถังดับเพลิงคาร์บอนไดออกไซด์โดยเด็ดขาดและไม่ควรเทน้ำเพราะน้ำสามารถเร่งการเผาไหม้และทำให้เกิดการระเบิดของไฮโดรเจนได้