iCNC > Инструмент > Особенности обработки титана

Особенности обработки титана

07.07.2015

342131787

При­ня­то пола­гать, то про­цесс обра­бот­ки тита­на так­же сло­жен, как и обра­бот­ка нержа­ве­ю­щей ста­ли. Это сви­де­тель­ству­ет о том, что про­из­во­дить дета­ли из тита­на слож­нее до 5-ти рез, чем из тра­ди­ци­он­ной ста­ли, одна­ко это не озна­ча­ет нераз­ре­ши­мость про­бле­мы.

Глав­ной про­бле­мой во вре­мя обра­бот­ки тита­на мож­но выде­лить его боль­шую склон­ность к зади­ра­нию и нали­па­нию, а так­же то, что все кате­го­рии метал­лов огне­упор­ны и при этом рас­тво­ря­ют­ся в титане. В конеч­ном ито­ге он пред­став­ля­ет собой сво­е­го рода сплав тита­на и твер­до­го мате­ри­а­ла режу­ще­го инстру­мен­та. При подоб­ной обра­бот­ке тита­на про­ис­хо­дит очень быст­рый износ режу­ще­го инстру­мен­та.

Что­бы обес­пе­чить сни­же­ние уров­ня зади­ра­ния и нали­па­ния, а так­же для отво­да повы­шен­ной теп­ло­ты исполь­зу­ют­ся охла­жда­ю­щие жид­ко­сти. Точе­ние дета­лей из тита­на в боль­шин­стве слу­ча­ев про­из­во­дят при помо­щи рез­цов, выпол­нен­ных из твер­дых пород тита­на, при этом очень важ­на высо­кая ско­рость обра­бот­ки, кото­рая все же оста­ет­ся ниже, чем при рабо­те с нержа­ве­ю­щей ста­лью.

При воз­ник­но­ве­нии надоб­но­сти резь­бы листов из тита­на при­ме­ня­ют­ся гильо­тин­ные нож­ни­цы. Что каса­тель­но сор­то­во­го про­ка­та доволь­но боль­ших диа­мет­ров, то их реза­ние про­из­во­дит­ся при помо­щи меха­ни­че­ских пил. Во вре­мя выпол­не­ния этой рабо­ты в обя­за­тель­ном поряд­ке сле­ду­ет исполь­зо­вать ножо­воч­ные полот­на с круп­ны­ми зубья­ми. Дета­ли со сред­ним и мел­ким сече­ни­ем уда­ет­ся резать при помо­щи токар­ных стан­ков.

7779d18a61414ff94a179235d0ab0ca4_L

Во вре­мя фре­зер­ной обра­бот­ки тита­на он так­же нали­па­ет на зубья фре­зы, что зна­чи­тель­но ослож­ня­ет рабо­чий про­цесс. Для рабо­ты с тита­ном целе­со­об­раз­но исполь­зо­вать фре­зы, изго­тов­лен­ные из проч­ных спла­вов, а для охла­жде­ния при­ме­нять спе­ци­аль­ные смаз­ки, отли­чие кото­рых от ряда дру­гих заклю­ча­ет­ся в повы­шен­ном уровне вяз­ко­сти.

Во вре­мя свер­ле­ния тита­но­вых дета­лей сле­ду­ет обра­щать вни­ма­ние на то, что­бы струж­ка не скап­ли­ва­лась в отво­дя­щих канав­ках, посколь­ку это при­ве­дет к момен­таль­но­му изно­су свер­ла. В каче­стве само­го рас­про­стра­нен­но­го мате­ри­а­ла для свер­ле­ния метал­ла исполь­зу­ют быст­ро­ре­жу­щую сталь. Если воз­ни­ка­ет надоб­ность исполь­зо­вать титан в каче­стве кон­струк­ци­он­но­го мате­ри­а­ла в соче­та­нии с дру­ги­ми дета­ля­ми раз­лич­но­го соста­ва, их соеди­не­ние про­из­во­дят несколь­ки­ми мето­да­ми.

Самый рас­про­стра­нен­ный метод соеди­не­ния тита­но­вых дета­лей – это свар­ка. Самые ран­ние попыт­ки сва­ри­ва­ния тита­но­вых дета­лей ока­за­лись про­валь­ны­ми, посколь­ку титан всту­пал в реак­цию с кис­ло­ро­дом, азо­том и водо­ро­дом воз­ду­ха. При нагре­ве про­ис­хо­ди­ло уве­ли­че­ние зер­на, а так­же изме­не­ния в мик­ро­струк­ту­ре само­го мате­ри­а­ла. В конеч­ном ито­ге свар­ной шов полу­чал­ся очень хруп­ким. Тогда каза­лось, что свар­ка тита­на попро­сту невоз­мож­на, одна­ко уже спу­стя неко­то­рое вре­мя были най­де­ны спо­со­бы обхож­де­ния выше опи­сан­ной про­бле­мы и теперь свар­ка тита­на – обыч­ное дело в про­мыш­лен­ном про­из­вод­стве.

Несмот­ря на то, что про­бле­мы со сва­ри­ва­ни­ем тита­на раз­ре­ши­лись, по-преж­не­му этот про­цесс нель­зя назвать про­стым и лег­ким. Глав­ная слож­ность сво­дит­ся к тому, что во вре­мя сва­ри­ва­ния дета­лей нуж­но сле­дить за тем, что­бы свар­ной шов был защи­щен от попа­да­ния в него загряз­не­ний раз­но­го рода при­ме­сей. Имен­но поэто­му для свар­ки тита­на ста­ли при­ме­нять не толь­ко инерт­ный газ повы­шен­ной чисто­ты, но и спе­ци­аль­но раз­ра­бо­тан­ные для это­го про­цес­са бес­кис­ло­род­ные флю­сы. Кро­ме это­го при­ме­ня­ют­ся все­воз­мож­ные защит­ные при­спо­соб­ле­ния, напри­мер, козырь­ки и про­клад­ки, кото­рые защи­ща­ют осты­ва­ю­щий свар­ной шов.

Для того что­бы добить­ся сни­же­ния роста зер­на, а так­же предот­вра­тить рас­трес­ки­ва­ние тита­на и изме­не­ния его мик­ро­струк­ту­ры сва­роч­ные рабо­ты необ­хо­ди­мо про­во­дить на доволь­но высо­кой ско­ро­сти. Прак­ти­че­ски все виды свар­ки сего­дня про­во­дят­ся в стан­дарт­ных усло­ви­ях, но с усло­вие исполь­зо­ва­ния спе­ци­аль­ных устройств для защи­ты нагре­то­го тита­на от кон­так­та с моле­ку­ла­ми воз­ду­ха.

untitled

Миро­вая прак­ти­ка уже зна­ко­ма и со свар­кой в кон­тро­ли­ру­е­мой атмо­сфе­ре. Этот метод для защи­ты свар­но­го шва при­ме­ня­ет­ся толь­ко в том слу­чае, когда необ­хо­ди­мо добить­ся пре­дель­но высо­ко­го каче­ства свар­ки. Этот спо­соб свар­ки тита­на поз­во­ля­ет на 100% гаран­ти­ро­вать, что свар­ной шов не будет засо­рен. Если сва­рить нуж­но дета­ли из тита­на неболь­ших раз­ме­ров, то рабо­ты про­из­во­дят в спе­ци­аль­ных каме­рах, напол­нен­ных в нуж­ном коли­че­стве инерт­ным газом. Во вре­мя рабо­ты свар­щик может видеть все необ­хо­ди­мые места дета­лей посред­ством спе­ци­аль­но­го окош­ка.

Если речь идет о сва­ри­ва­нии боль­ших дета­лей или узлов, то рабо­ты выпол­ня­ют­ся в спе­ци­аль­ных гер­ме­тич­ных поме­ще­ни­ях, внут­ри кото­рых свар­щи­ки вынуж­де­ны рабо­тать в спе­ци­аль­ных костю­мах, под­дер­жи­ва­ю­щих жиз­не­обес­пе­че­ние. Нет ниче­го уди­ви­тель­но­го в том, что тако­го рода рабо­ту дове­ря­ют толь­ко свар­щи­кам само­го высо­ко­го уров­ня. Обра­тим вни­ма­ние, что и самую про­стую свар­ку тита­на так­же долж­ны про­во­дить толь­ко спе­ци­аль­но обу­чен­ные это­му делу люди.

Если свар­ка дета­лей из тита­на невоз­мож­на или в ней нет осо­бо­го смыс­ла, при­бе­га­ют к пай­ке. Глав­ная слож­ность пай­ки тита­на сво­дит­ся к тому, что при нагре­ва­нии он ста­но­вит­ся хими­че­ски акти­вен, и при этом проч­но свя­зан с окис­ной плен­кой, кото­рая его покры­ва­ет. Подав­ля­ю­щее боль­шин­ство совре­мен­ных метал­лов непри­год­но для исполь­зо­ва­ния в каче­стве при­поя в про­цес­се пай­ки тита­на. Если они все же будут при­ме­не­ны, то нет ника­ких сомне­ний в том, что шов полу­чит­ся нека­че­ствен­ным. Наи­бо­лее опти­маль­ным при­по­ем высту­па­ет толь­ко алю­ми­ний или сереб­ро.

Воз­мож­но соеди­нять меж­ду собой тита­но­вые эле­мен­ты, а так­же дета­ли из тита­на и дру­гих метал­лов при помо­щи закле­пок или же бол­тов. Если при­ме­нить для это­го тита­но­вые заклеп­ки, то вре­мя на соеди­не­ние двух эле­мен­тов уве­ли­чит­ся прак­ти­че­ски в два раза, если срав­ни­вать их с высо­ко­проч­ны­ми алю­ми­ни­е­вы­ми заклеп­ка­ми. Если креп­ле­ние будет про­из­во­дить­ся при помо­щи бол­тов из про­мыш­лен­ной ста­ли, то пред­ва­ри­тель­но ее обя­за­тель­но необ­хо­ди­мо покрыть сло­ем из сереб­ра или же син­те­ти­че­ско­го мате­ри­а­ла, посколь­ку в про­тив­ном слу­чае во вре­мя затя­ги­ва­ния резь­бо­вых соеди­не­ний титан будет зали­пать и заби­рать­ся. В таком слу­чае нель­зя гаран­ти­ро­вать, что полу­чен­ное соеди­не­ние смо­жет выдер­жи­вать боль­шие нагруз­ки.

p_13765_1_advertisimentspirobox

Высо­кая склон­ность тита­на к нали­па­нию и зади­рам мож­но объ­яс­нить высо­ким уров­нем тре­ния, что и явля­ет­ся одним и глав­ных недо­стат­ков тита­на. Имен­но этот нюанс зача­стую при­во­дит к быст­ро­му изна­ши­ва­нию тита­но­вых дета­лей и к тому, что их и в насто­я­щее вре­мя не допус­ка­ет­ся при­ме­нять в усло­ви­ях повы­шен­но­го тре­ния или же сколь­же­ния. Во вре­мя сколь­же­ния тита­на по любо­му дру­го­му метал­лу он будет нали­пать его при малей­ших при­зна­ках нагре­ва­ния, что при­ве­дет к появ­ле­нию вяз­ко­сти поверх­но­сти сколь­же­ния. Обра­тим вни­ма­ние, что налип­ший титан обла­да­ет высо­кой липу­че­стью.

Недо­пу­сти­мо гово­рить о том, что исполь­зо­ва­ние тита­но­вых спла­вов для про­из­вод­ства тру­щих­ся дета­лей невоз­мож­но. В насто­я­щее вре­мя было раз­ра­бо­та­но доволь­но мно­го спо­со­бов упроч­не­ния поверх­но­сти тита­но­вых дета­лей, а так­же мето­дов, устра­ня­ю­щих нали­па­ние. Одним и таких мето­дов явля­ет­ся азо­ти­ро­ва­ние тита­на.

Суть это­го про­цес­са сво­дит­ся к тому, что дета­ли нагре­ва­ют до тем­пе­ра­ту­ры в 950 гра­ду­сов по Цель­сию, а далее выдер­жи­ва­ют из в газо­об­раз­ном азо­те на про­тя­же­нии суток. В ходе этой про­це­ду­ры на поверх­но­сти изде­лия из тита­на появит­ся золо­ти­стая плен­ка нит­ри­да тита­на, име­ю­щая повы­шен­ную мик­ро­твер­дость. В конеч­ном ито­ге уда­ет­ся повы­сить изно­со­стой­кость тита­на до такой сте­пе­ни, что ее уро­вень не усту­па­ет пока­за­те­лям спе­ци­аль­ных поверх­ност­но упроч­нен­ных ста­лей.

Име­ет­ся и еще один доста­точ­но рас­про­стра­нен­ный метод сни­же­ния склон­но­сти тита­на к зади­ра­нию – окси­ди­ро­ва­ние. Во вре­мя этой про­це­ду­ры тита­но­вые дета­ли так­же под­вер­га­ют­ся нагре­ва­нию, после чего на их поверх­но­сти появ­ля­ет­ся окис­ная плен­ка. Во вре­мя низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной обра­бот­ки зна­чи­тель­но затруд­нен доступ воз­ду­ха к метал­лу, что при­во­дит к обра­зо­ва­нию окис­ной плен­ки низ­кой плот­но­сти, одна­ко проч­но свя­зан­ной с поло­стью тита­на.

Высо­ко­тем­пе­ра­тур­ное окси­ди­ро­ва­ния сво­дит­ся к тому, что на про­тя­же­нии шести часов деталь выдер­жи­ва­ет­ся в воз­ду­хе, кото­рый пред­ва­ри­тель­но разо­гре­ва­ют до 850-ти гра­ду­сов, после чего ее рез­ко охла­жда­ют при помо­щи воды, что дает воз­мож­ность уда­лить с поверх­но­сти тита­но­во­го изде­лия ока­ли­ны. После про­ве­де­ния окси­ди­ро­ва­ния тита­на его изно­со­стой­кость может воз­рас­ти от 15-ти до 100 раз.