¿Por qué la aleación de titanio es un material difícil de procesar?

La aleación de titanio se refiere a un nuevo tipo de aleación preparada mediante la adición de uno o varios elementos a base de titanio. El titanio es muy activo y la mayoría de los elementos pueden interactuar con él para formar soluciones sólidas continuas, soluciones sólidas limitadas, compuestos metálicos, compuestos covalentes, compuestos iónicos, etc. Los elementos de aleación pueden optimizar su rendimiento modificando sus puntos de transición alotrópica y su composición de fases.

01 El "calor" es la principal razón por la que las aleaciones de titanio son difíciles de procesar.

La fuerza de corte durante el procesamiento de la aleación de titanio es solo ligeramente mayor que la del acero con 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, tan solo 1/7 de la del acero y 1/16 de la del aluminio. Por lo tanto, el calor generado durante el corte de las aleaciones de titanio no se transferirá rápidamente a la pieza de trabajo ni será eliminado por las virutas, sino que se acumulará en el área de corte. La temperatura generada puede ser tan alta como 1000 °C o más, lo que hace que el filo de corte de la herramienta se desgaste rápidamente, se agriete y genere filo acumulado, y la hoja desgastada generará rápidamente más calor en el área de corte, acortando aún más la vida útil de la herramienta.

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

La elasticidad de las aleaciones de titanio puede ser beneficiosa para el rendimiento de las piezas, pero durante 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" se aleje de 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.

Este problema es aún más grave cuando se procesan piezas de paredes delgadas o anulares que son fáciles de deformar. No es fácil procesar piezas de paredes delgadas de aleación de titanio con la precisión dimensional esperada. Porque a medida que la herramienta empuja el material de la pieza de trabajo, la deformación local de la pared delgada ha excedido el rango elástico y ha producido una deformación plástica, y la resistencia del material y la dureza del punto de corte han aumentado significativamente. En este momento, el procesamiento de acuerdo con la velocidad de corte determinada originalmente se vuelve demasiado alta, lo que provoca aún más un desgaste rápido de la herramienta.

02 Consejos tecnológicos para el mecanizado de aleaciones de titanio

Basándonos en la comprensión del mecanismo de mecanizado de aleaciones de titanio y la experiencia previa, los principales consejos tecnológicos para el mecanizado de aleaciones de titanio son los siguientes:

(1) Utilice una hoja con una geometría de ángulo positivo para reducir la fuerza de corte, el calor de corte y la deformación de la pieza de trabajo.

(2) Mantener un avance constante para evitar el endurecimiento de la pieza de trabajo. La herramienta debe estar siempre en estado de avance durante el proceso de corte. La profundidad de corte radial ae durante el fresado debe ser del 30% del radio.

(3) Utilice fluido de corte de alta presión y alto flujo para garantizar la estabilidad térmica del proceso de mecanizado y evitar la deformación de la superficie de la pieza de trabajo y daños a la herramienta debido a una temperatura excesiva.

(4) Mantenga el filo de la cuchilla afilado. Las herramientas desafiladas son la causa de la acumulación de calor y el desgaste, lo que puede provocar fácilmente la falla de la herramienta.

(5) Procese la aleación de titanio en el estado más blando posible, ya que el material se vuelve más difícil de procesar después del endurecimiento. El tratamiento térmico aumenta la resistencia del material y aumenta el desgaste de la cuchilla.

(6) Utilice un radio de punta grande o un chaflán para cortar y coloque la mayor cantidad posible de filo de la cuchilla en el corte. Esto puede reducir la fuerza de corte y el calor en cada punto y evitar daños locales. Al fresar aleaciones de titanio, la velocidad de corte tiene el mayor impacto en la vida útil de la herramienta vc entre todos los parámetros de corte, seguida de la profundidad de corte radial ae.

03Resuelva los problemas de procesamiento del titanio comenzando con la cuchilla

El desgaste de la ranura de la hoja que se produce cuando se procesa la aleación de titanio es el desgaste local de la parte posterior y frontal a lo largo de la dirección de profundidad de corte, que a menudo es causado por la capa endurecida que queda del procesamiento anterior. La reacción química y la difusión entre la herramienta y el material de la pieza de trabajo a una temperatura de procesamiento superior a 800 °C también es una de las razones de la formación del desgaste de la ranura. Porque durante el procesamiento, las moléculas de titanio de la pieza de trabajo se acumulan delante de la hoja y se "sueldan" a la hoja bajo alta presión y alta temperatura para formar un borde acumulado. Cuando el borde acumulado se desprende de la hoja, se elimina el revestimiento de carburo de la hoja. Por lo tanto, el procesamiento de aleación de titanio requiere materiales y geometrías de hoja especiales.

04 Estructura de herramienta adecuada para el procesamiento de titanio

El enfoque del procesamiento de aleaciones de titanio es el calor. Se debe rociar una gran cantidad de fluido de corte a alta presión sobre el borde de corte de manera oportuna y precisa para eliminar rápidamente el calor. Existen estructuras de fresas únicas en el mercado específicamente para el procesamiento de aleaciones de titanio.