Guía para el mecanizado de aleaciones de titanio

El titanio y las aleaciones utilizan sus propiedades únicas para ser cada vez más utilizados en los campos aeroespacial y biomédico. Este popular metal tiene efectos antioxidantes y antiquímicos, se puede reciclar y es liviano, de alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión, lo que resuelve muchos problemas de ingeniería. Las piezas de titanio duran más y ofrecen un mejor rendimiento y resultados que otros metales y materiales.

El titanio es un 30 % más alto que el acero, pero casi un 50 % más ligero que el acero. El titanio es un 60 % más pesado que el aluminio, pero su resistencia es el doble que la del aluminio. Sin embargo, al mecanizar aleaciones de titanio y seleccionar las herramientas y los parámetros correctos, se deben considerar algunos desafíos.

Aquí tenemos una comprensión profunda del mecanizado de titanio, por qué es tan difícil procesar titanio y brindamos algunos conocimientos técnicos y consejos que pueden mejorar la tasa de éxito del procesamiento de titanio, también incluyen sus beneficios y aplicaciones.

Mecanizado de titanio Variedades

Hay muchos grados y variedades de aleaciones de titanio, más de 100 tipos. Cada aleación tiene sus propias propiedades y propiedades únicas. Hay 40-50 tipos disponibles en la industria, y más de diez son los más utilizados. Incluye varios gustos de titanio puro industrial y aleaciones de titanio seleccionadas, 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, y Ti-10V-2Fe-3AL y Ti-0.20Pd, T-0.3Mo-0.8N, etc. Sin embargo, para la mayoría de los países, las dos primeras aleaciones importantes (Ti-6Al -4V, Ti-5A-2.5Sn) son los más típicos, y también son reconocidos por el mundo.

Según la clasificación de la organización, las aleaciones de titanio se dividen en las siguientes tres categorías:aleaciones α, aleaciones (α+β) y aleaciones β.

Aleación de titanio α

Es una aleación monofásica compuesta por una solución sólida de fase α. Es una fase α independientemente de la temperatura normal o una temperatura de aplicación práctica más alta, con una estructura estable, mayor resistencia al desgaste que el titanio puro y fuerte resistencia a la oxidación. A una temperatura de 500 °C a 600 °C, aún mantiene su fuerza y ​​resistencia a la fluencia, pero no se puede fortalecer mediante tratamiento térmico y su resistencia a temperatura ambiente no es alta.

Aleación de titanio β

Es una aleación monofásica compuesta por una solución sólida de fase β. Tiene alta resistencia sin tratamiento térmico. Después del enfriamiento rápido y el envejecimiento, la aleación se fortalece aún más. La resistencia a temperatura ambiente puede alcanzar 1372 ~ 1666 MPa; pero la estabilidad térmica es pobre y no es adecuado para su uso a altas temperaturas.

Aleación de titanio α+β

Es una aleación de doble fase con buenas propiedades integrales, buena estabilidad estructural, buena tenacidad, plasticidad y propiedades de deformación a alta temperatura, y puede realizar bien el procesamiento de presión en caliente, y puede enfriarse y envejecerse para fortalecer la aleación. La fuerza después del tratamiento térmico es aproximadamente 50%-100% mayor que el estado recocido; la resistencia a altas temperaturas es alta y puede funcionar durante mucho tiempo a una temperatura de 400 ℃ ~ 500 ℃, y su estabilidad térmica es segunda a la de la aleación de titanio α.

Las más utilizadas de las tres aleaciones de titanio son la aleación de titanio α y la aleación de titanio α + β. La aleación de titanio α tiene la mejor maquinabilidad, seguida de la aleación de titanio α + β y la aleación de titanio β es la peor.

¿Por qué el titanio es difícil de ¿mecanizado?

Fenómenos físicos del titanio mecanizado

La fuerza de corte durante el procesamiento de la aleación de titanio es solo un poco más alta que la del acero de la misma dureza, pero el fenómeno físico del procesamiento de la aleación de titanio es mucho más complicado que el del procesamiento del acero, lo que hace que el procesamiento de la aleación de titanio enfrente grandes dificultades.

La conductividad térmica de la mayoría de las aleaciones de titanio es muy baja, solo 1/7 de la del acero y 1/16 de la del aluminio. Por lo tanto, el calor generado en el proceso de corte de la aleación de titanio no se transferirá rápidamente a la pieza de trabajo ni se lo llevarán las virutas, sino que se concentrará en el área de corte. La temperatura generada puede ser tan alta como 1,000 ℃, lo que hace que el borde de corte de la herramienta se desgaste rápidamente, se agriete y genere un borde acumulado, las hojas de desgaste aparecen rápidamente y generan más calor en el área de corte, lo que acorta aún más la vida útil de la herramienta. herramienta.

La alta temperatura generada en el proceso de corte también destruye la integridad de la superficie de las piezas de aleación de titanio, lo que provoca una disminución de la precisión geométrica de las piezas y un fenómeno de endurecimiento por trabajo que reduce considerablemente su resistencia a la fatiga.

La elasticidad de la aleación de titanio puede ser beneficiosa para el rendimiento de las piezas, pero en el proceso de corte, la deformación elástica de la pieza de trabajo es una causa importante de vibración. La presión de corte hace que la pieza de trabajo "elástica" deje la herramienta y rebote, de modo que la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo es mayor que la acción de corte. El proceso de fricción también genera calor, lo que agrava la mala conductividad térmica de las aleaciones de titanio.

¡“Caliente” es el “culpable” en el difícil procesamiento de las aleaciones de titanio!

¿Cómo mejorar el Mecanizado de Titanio?

Sobre la base de la comprensión del mecanismo de procesamiento de las aleaciones de titanio, además de la experiencia previa, los principales conocimientos tecnológicos para el procesamiento de aleaciones de titanio son los siguientes:

Más refrigerante

El titanio es un aislante, por lo que el calor generado durante la operación de corte tiende a permanecer cerca de la herramienta de corte. Una forma obvia de lidiar con el exceso de calor es agregar refrigerante. El área de trabajo y las herramientas se limpian con chorro de arena con un 10 % de refrigerante concentrado suministrado a alta presión para garantizar que el área de contacto permanezca fría y que todas las virutas portadoras de calor se puedan lavar.

Refrigerante de alta presión

Para aplicaciones de torneado, la ubicación y la presión del refrigerante son fundamentales. Con la aplicación correcta, se pueden lograr velocidades superficiales y tasas de remoción de metal más altas. La única desventaja es que el material subyacente se volverá a depositar en la superficie de la pieza. Esto se puede superar planificando la estrategia de corte y reduciendo la presión del refrigerante para el acabado final.

Alimentación constante

El titanio es fácil de endurecer por trabajo, es decir, al cortar materiales, el titanio se vuelve más duro y, por lo tanto, desgasta más herramientas. El avance constante garantiza que el material endurecido por mecanizado se mantenga en un mínimo absoluto.

Aumentar la tasa de avance

Si la máquina lo permite, aumentar la velocidad de avance significa que la herramienta pasa menos tiempo en un área específica, por lo que no hay más tiempo para que la acumulación de calor y el endurecimiento por trabajo afecten el filo de la herramienta.

Herramienta ing

La punta de metal duro recubierta de PVD es la herramienta más adecuada para cortar titanio. También se pueden proporcionar recubrimientos de herramientas más nuevos y avanzados, como TiAIN (nitruro de titanio y aluminio). El titanio es un material elástico, por lo que esta herramienta afilada es absolutamente esencial. Las herramientas desafiladas limpiarán la superficie y causarán temblores.

Control de virutas

El titanio produce virutas largas que pueden dañar fácilmente la herramienta y marcar la superficie de la pieza de trabajo. Además, las virutas largas y delgadas no son ideales porque no ayudan a transferir el calor fuera del área de trabajo. Por lo tanto, al mecanizar titanio, las herramientas y trayectorias de herramientas ideales son ideales para fabricar virutas más pequeñas y gruesas.

Ruta de la herramienta

Elegir la trayectoria de la herramienta adecuada al mecanizar titanio es tan importante como elegir la herramienta adecuada. Al mecanizar titanio, es absolutamente necesario asegurarse de que la trayectoria de la herramienta siempre encaje en la pieza de trabajo. Al cortar una ranura, la trayectoria de la herramienta combinada con un patrón cicloide reducirá el tiempo que tarda cualquier ranura en acoplarse con el material, lo que ayuda a limitar la acumulación de calor. Conducir la herramienta de corte dentro y fuera de la pieza de trabajo ayuda a reducir los golpes y los movimientos repentinos que pueden dañar gravemente la herramienta.

Máquina herramienta

Una máquina herramienta robusta es esencial para el mecanizado exitoso del titanio. La fresadora de titanio ideal debe ser rígida y el husillo debe poder funcionar a baja velocidad y alto par. Esto ayuda a absorber la vibración y reduce la vibración durante el corte, que es un problema común al mecanizar aleaciones de titanio.

Ventajas y desventajas del mecanizado de titanio

La aleación de titanio tiene las ventajas de peso ligero, alta resistencia, buena resistencia a la corrosión, etc., por lo que es ampliamente utilizada en la industria automotriz. La aleación de titanio más utilizada se encuentra en los sistemas de motores de automóviles. La baja densidad de la aleación de titanio puede reducir la masa de inercia de las piezas móviles. Al mismo tiempo, el resorte de válvula de titanio puede aumentar la vibración libre, reducir la vibración de la carrocería del vehículo y aumentar la velocidad del motor y la potencia de salida.

La elección de una aleación de titanio puede reducir la tensión de carga de las piezas relacionadas y reducir el tamaño de las piezas, lo que reduce la calidad del motor y de todo el vehículo. La reducción de la masa de inercia de las piezas reduce la vibración y el ruido y mejora el rendimiento del motor. La aplicación de aleación de titanio a otras partes puede mejorar la comodidad del personal y la belleza del automóvil. En la aplicación de la industria del automóvil, la aleación de titanio ha jugado un papel inestimable en el ahorro de energía y la reducción del consumo.

Alta resistencia a la corrosión, excelente biocompatibilidad y la mejor relación resistencia-peso de todos los metales. Estas cualidades hacen que la aleación de titanio sea un material particularmente buscado en las industrias aeroespacial y médica.

Debido a su afinidad por otros elementos, el titanio no se puede encontrar de forma natural, por lo que se requieren procesos complejos y que consumen mucha energía para refinarlo. Esto significa que el precio de las aleaciones de titanio es mucho más alto que el de otros metales, ya sea la fundición inicial del metal o el procesamiento posterior.

Otra gran desventaja del titanio es la dificultad técnica en el proceso de mecanizado.

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