Seit der Entdeckung von Titan im Jahr 1790 forschen Menschen seit einem Jahrhundert daran, seine außergewöhnlichen Eigenschaften zu erlangen. Im Jahr 1910 stellte der Mensch erstmals Titanmetall her, doch der Weg zur Anwendung von Titanlegierungen war lang und beschwerlich. Erst 40 Jahre später, im Jahr 1951, wurde die industrielle Produktion endlich realisiert.
Titanlegierungenzeichnen sich durch hohe spezifische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aus. Das Gewicht von Titanlegierungen gleicher Größe beträgt nur 60 % des Gewichts von Stahl, ist aber fester als legierter Stahl. Aufgrund seiner guten Eigenschaften werden Titanlegierungen häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Energieerzeugung, der Kernenergie, Schiffen, Chemikalien und medizinischen Geräten eingesetzt.
Gründe für die Schwierigkeit der Verarbeitung von Titanlegierungen
Die vier Eigenschaften von Titanlegierungen, wie niedrige Wärmeleitfähigkeit, starke Kaltverfestigung, hohe Affinität zu Schneidwerkzeugen und geringe plastische Verformung, sind die wesentlichen Gründe für die Schwierigkeit der Verarbeitung von Titanlegierungen. Sein Schnittindex beträgt nur 20 % des Schnittindex von leicht zerspanbarem Stahl.
Geringe Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit einer Titanlegierung beträgt nur etwa 16 % der von 45#-Stahl. Die Wärme kann während der Bearbeitung nicht rechtzeitig abgeführt werden, was zu einer lokal hohen Temperatur der Schneidkante führt (die Spitzentemperatur während der Bearbeitung beträgt mehr als das 1-fache der von 45#-Stahl), was leicht zu diffusem Verschleiß des Werkzeugs führt.
Starke Kaltverfestigung
Das Phänomen der Kaltverfestigung von Titanlegierungen ist offensichtlich und die Oberflächenhärtungsschicht ist schwerwiegender als die von rostfreiem Stahl, was zu bestimmten Schwierigkeiten bei der späteren Verarbeitung führt, wie z. B. einer erhöhten Beschädigung der Werkzeuggrenze.
Hohe Affinität zu Werkzeugen
Starke Haftung mit titanhaltigem Hartmetall.
Kleine plastische Verformung
Es beträgt etwa die Hälfte des Elastizitätsmoduls von 45-Stahl, daher ist die elastische Erholung groß und die Reibung schwerwiegend. Gleichzeitig ist das Werkstück auch anfällig für Spannverformungen.
Technische Tipps zur Verarbeitung von Titanlegierungen
Basierend auf dem Verständnis des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen und früheren Erfahrungen lauten die wichtigsten Prozesstipps für die Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:
(1) Verwenden Sie eine Klinge mit positiver Winkelgeometrie, um Schnittkraft, Schnittwärme und Werkstückverformung zu reduzieren.
(2) Halten Sie einen konstanten Vorschub ein, um eine Verhärtung des Werkstücks zu vermeiden. Während des Schneidvorgangs sollte sich das Werkzeug immer im Vorschub befinden. Die radiale Schnitttiefe beim Fräsen sollte 30 % des Radius betragen.
(3) Verwenden Sie Schneidflüssigkeit mit hohem Druck und hohem Durchfluss, um die thermische Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und eine Oberflächendegeneration des Werkstücks und Werkzeugschäden aufgrund zu hoher Temperaturen zu verhindern.
(4) Halten Sie die Klingenkante scharf. Stumpfe Werkzeuge sind die Ursache für Hitzestau und Verschleiß, die leicht zum Ausfall des Werkzeugs führen können.
(5) Verarbeiten Sie Titanlegierungen möglichst im weichsten Zustand, da das Material nach dem Aushärten schwieriger zu verarbeiten ist. Durch die Wärmebehandlung wird die Festigkeit des Materials erhöht und der Klingenverschleiß erhöht.
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