изначальные свойства материала, трудности и виды обработки, принцип работы, приемы и рекомендации специалистов

На сегодняшний день выделяется группа металлов, для которых необходимо создать специальные условия, прежде чем приступить к работе с ними. Обработка титана относится к этой категории работ. Все сложности и особенности процесса связаны с тем, что этот материал характеризуется повышенной твердостью.

Описание

Титан характеризуется тем, что он очень прочный, имеет серебристый цвет, а также обладает огромной устойчивостью к процессу ржавления. Из-за того, что на поверхности металла образуется пленка TiO₂, он обладает хорошей устойчивостью ко всем внешним воздействиям. Негативно на свойствах титана может сказаться лишь влияние веществ, которые содержат в своем составе щелочь. При контакте с этими химическими веществами сырье теряет свои прочностные характеристики.

Из-за того, что продукт обладает повышенной прочностью, при токарной обработке титана приходится использовать инструмент из сверхпрочного сплава, а также создать другие особые условия при работе на токарном станке с ЧПУ.

Что нужно учитывать при обработке?

При необходимости работы с титаном обязательно нужно учитывать следующие свойства:

• Первое — это налипание. При обработке титана с использованием токарного станка создается высокая температура, из-за которой материал начинает плавиться и прилипать к режущему инструменту.
• Во время обработки также возникает мелкая дисперсная пыль. Она может детонировать, а потому во время работы очень важно строго соблюдать все правила техники безопасности.
• Для того чтобы качественно осуществить процесс резки такого сверхпрочного металла, необходим инструмент, который может обеспечить подходящий режим.
• Специально подбирать инструмент для резки приходится еще и потому, что титан характеризуется низкой теплопроводностью.

После того как обработка титана заканчивается, готовая деталь обычно подогревается, после чего ей дают остыть на открытом воздухе. Таким образом создают защитную пленку на поверхности материала, о которой было написано выше.

Классификация способов обработки

Для того чтобы осуществить резку такого сырья, необходим специальный инструмент, а также токарный станок с ЧПУ. Сам процесс разделяется на несколько операций, каждая из которых осуществляется по собственной технологии.

Что касается самих операций, то они могут быть основными, промежуточными или предварительными.

При обработке титана на станках нужно помнить, что в это время возникает вибрация. Для того чтобы частично решить данную проблему, можно крепить заготовку многоступенчатым образом, а также делать это как можно ближе к шпинделю. Чтобы уменьшить влияние температуры на процесс обработки, рекомендуется использовать резцы из мелкозернистого твердого сплава без покрытия и пластин со специальным PVD. Здесь стоит обратить внимание на то, что во время обработки титана резанием от 85 до 90% всей энергии будет превращаться в тепловую, которая будет поглощаться стружкой, обрабатываемой заготовкой, резцами и жидкостью, которая предназначена для охлаждения. Обычно температура в зоне работ достигает 1000-1100 градусов по Цельсию.

Регулировка параметров обработки

Во время обработки такого сверхпрочного материала необходимо учитывать три основных параметра:

• угол фиксации рабочего инструмента;
• размерность подачи;
• скорость резания.

Если регулировать данные параметры, то с их помощью можно изменить и температуру обработки. При разных режимах обработки наблюдаются и разные параметры данных характеристик.

Для предварительной обработки со срезом верхнего слоя до 10 мм допускается припуск в 1 мм. Для работы таком режиме обычно выставляются следующие параметры. Во-первых, угол фиксации от 3 до 10 мм, во-вторых, размерность подачи от 0,3 до 0,8 мм, а скорость резания выставляет 25 м/мин.

Промежуточный вариант обработки титана предполагает срез верхнего слоя от 0,5 до 4 мм, а также образование ровного слоя припуска 1 мм. Угол фиксации 0,5-4 мм, размерность подачи 0,2-0,5 мм, скорость подачи 40-80 м/мин.

Основной вариант обработки — это снятие слоя 0,2-0,5 мм, а также удаление припусков. Скорость работы 80-120 м/мин, угол фиксации 0,25-0,5 мм, а размерность подачи 0,1-0,4 мм.

Здесь также очень важно отметить, что механическая обработка титана на таком оборудовании всегда проводится только при наличии подачи специальной охлаждающей эмульсии. Субстанция подается под давлением на рабочий инструмент. Это необходимо для того, чтобы создать нормальный температурный режим работы.

Инструмент для обработки

Требования, которые предъявляются к инструменту для обработки материала, довольно высоки. Чаще всего обработка титана и сплавов производится при использовании резцов, у которых имеются съемные головки, а устанавливаются они на станки с ЧПУ. Во время эксплуатации рабочий инструмент подвергается абразивному, адгезийному и диффузному изнашиванию. Особое внимание стоит уделить диффузному изнашиванию, так как в это время происходит процесс растворения и режущего материала, и заготовки из титана. Наиболее активно эти процессы протекают, если температура находится в пределах от 900 до 1200 градусов по Цельсию.

Требования к инструменту

Особенность обработки титана заключается еще и в том, что необходимо подбирать рабочий инструмент в зависимости от того, какой режим работы выбран.

Для работы в предварительном режиме чаще всего используются пластины с круглой или же квадратной формой марки iC19. Изготавливаются данные пластины из специального сплава, который маркируется как Н13А и не имеет покрытия.

Для того чтобы успешно обрабатывать титан промежуточным способом, необходимо уже использовать только круглые пластины из того же сплава Н13А или же из сплава GC1155 с покрытие PDV.

Для наиболее ответственного, основного способа обработки применяются круглые насадки со шлифовальными режущими кромками, которые изготавливаются из сплавов Н13А, GC 1105, CD 10.

Важно добавить, что при обработке на токарных станках с ЧПУ допускается самое минимальное отклонение от формы детали, которая была указана в техническом задании. Чаще всего элементы, изготовленные из такого сплава, не имеют отклонений от нормы вовсе.

Основная проблема при обработке

Основная проблема, с которой сталкиваются при обработке этого сырья, это налипание и задирание на инструмент. Из-за этого термическая обработка титана очень сложна. Кроме того, достаточно много проблем доставляет и тот факт, что металл отличается очень низкой теплопроводностью. Из-за того, что другие металлы сопротивляются нагреву гораздо слабее, при контакте с титаном чаще всего они образуют сплав. Это является основной причиной быстрого износа инструментов. Для того чтобы несколько уменьшить задирание и налипание, а также отвести часть выделяемого тепла, специалисты рекомендуют делать следующее:

• во-первых, нужно обязательно использовать охлаждающую жидкость;
• во-вторых, при проведении заточки заготовок, к примеру, должны использоваться инструменты из таких же сверхпрочных материалов;
• в-третьих, при обработке сырья при помощи резцов скорость значительно понижают, чтобы снизить нагрев.

Оксидирование и азотирование титана

Начать стоит с азотирования титана, так как этот вид обработки гораздо сложнее, чем оксидирование. Технологический процесс выглядит следующим образом. Изделие из титана нагревают до 850-950 градусов по Цельсию, после чего деталь необходимо поместить в среду с чистым газообразным азотом на несколько суток. После этого на поверхности элемента образуется пленка из нитрида титана, благодаря химическим реакциям, которые будут протекать в течение этих суток. Если все прошло успешно, то на титане появится пленка золотистого оттенка, которая будет отличаться повышенной прочностью и стойкостью к истиранию.

Что касается оксидирования титана, то метод является очень распространенным и принадлежит, как и предыдущий, к термической обработке титана. Начало процесса ничем не отличается от азотирования, деталь нужно нагреть до температуры в 850 градусов по Цельсию. А вот процесс остывания происходит не постепенно и в газовой среде, а резко и с использованием жидкости. Таким образом можно получить пленку на поверхности титана, которая будет прочно с ним связана. Наличие такого типа пленок на поверхности приводит к увеличению прочности и стойкости к стиранию в 15-100 раз.

Соединение деталей

В некоторых случаях изделия из титана выступают частью большой конструкции. Это говорит о том, что возникает необходимость соединения разных материалов.

Для того чтобы соединять изделия из этого сырья используется четыре основных метода. Основной из них — это сварка, используется еще пайка, механический способ соединения, предполагающий использование заклепок и соединение при помощи болтового крепления.На сегодняшний день основной метод обработки для соединения изделий в одну конструкцию — это сварка в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов.

Что касается пайки, то этот метод применяется только в том случае, если сварка невозможна или же нецелесообразна. Данный процесс осложняется некоторыми химическими реакциями, которые возникают в результате пайки. Чтобы выполнить механическое соединение при помощи болтов или заклепок, придется также применить специальный материал.

Вопрос по обработке титановых сплавов — Материаловедение

Титан и его сплавы все отличаются самым отвратительным характером для любой обработки и на любых металлорежущих станках .

Титан страшно налипает на любой металлорежущий инструмент !

Для сверления , зенкерования и развертывания титана и его сплавов годится только инструмент из Р18 или Р-12 .

Тоже самое и для нарезания любых резьб .

Если кто-то скажет ,что мол для обработки титана и его сплавов де годится Р6М5 , то слушать его не стоит ( меня недавно какой-то хмырь в сети обозвал недоучкой , когда я сказал ,что Р6М5 титан не режет ! )

И гораздо лучшие результаты для обработки титана и титановых сплавов показывают сверла , зенкера и развертки с напайками из твердых сплавов .

Но это дорого и сложно их делать ,да и не всякий твердый сплав для этого годится .

Фрезы даже из Р-18 или Р-12 по титану и его сплавам работают не очень-то хорошо и быстро садятся .

Потому используют фрезы с напайками из твердых сплавов , но и они садятся весьма и весьма быстро .

 

Мне приходилось много фрезеровать поршни из титанового сплава ВТ-3-1 .

Так там фрезу с Ф=26мм с напайками ВК-8 приходится затачивать после каждой 8-10 детали .

И тоже самое относится и к любым токарным резцам .

Резцы с Т15К6 по моему опыту для обработки титана совсем не годятся — выкрашиваются , резцы с ВК8 работают лучше , ещё лучше работают резцы из сплава ВК10ХОМ .

Лучше-же всего по титану и его сплавам работают резцы и фрезы с напайками из вольфрам-рениевого твердого сплава ВРК-15 с 9% рения , но этот твердый сплав стоит исключительно дорого !

Если сможете такие достать ,то не пожалеете , несмотря на цену .

 

Для шлифовки титана и его сплавов годятся только абразивные круга из карбида кремния зелёного ( кто-бы по этому что-то не говорил ! ) .

И титан и его сплавы исключительно склонны к образованию задиров при трении и тут плохо помогает и любая смазка .

И вот при при круглой шлифовке титановых деталей в центрах годятся только центра с напайками из твердых сплавов ,причем вдобавок их надо ещё тщательно шлифовать и желательно и полировать алмазной пастой до зеркального блеска ( до «зеркала» ) , что-бы не было задиров на обрабатываемой детали и износа центров и обязательно надо смазывать и сами центра и центровые поверхности на детали — например смазкой ЦИАТИМ .

И все равно при шлифовке тех самых поршней , о которых я говорил выше , скрип от трения титановой детали на центрах слышен во всем цехе .

Ну и при шлифовке деталей из титана и его сплавов образуется целый поток ослепительно белых и очень ярких искр .

 

 

Вдобавок обработка и самого титана и любых титановых сплавов не является безопасной в пожарном отношении !

Напротив это очень и очень опасное дело !

Видел и не один раз ,как загоралась титановая стружка в токарных и фрезерных станках .

За 30 лет работы видел это я раз так десять , как загоралась титановая стружка в станках .

Причина — самую малость подсевшая фреза или резец или неправильно взятые режимы резания , и тут возгорание стружки может произойти совершено запросто , даже несмотря на обильное охлаждение эмульсией !

А уж тушить загоревшеюся титановую стружку лучше вовсе и не пытаться , особенно водой или пенным огнетушителем !

Что-бы такого ЧП не было , надо не допускать никакого скопления титановой стружки в станке , убирать её сразу , после каждой детали , а если стружки очень-уж много ,то лучше лишний раз остановить станок и её убрать .

Ну и обязательно надо следить за остротой режущего инструмента .

Лучше лишний раз переточить или поменять фрезу или резец ,чем тушить вспыхнувшую стружку !

Ну понятно ,что эти буквально кровью написанные правила не очень-то и соблюдают !

Фрезерование титана: 10 советов по обработке

Благодаря особой геометрии режущей кромки, высокоскоростная фреза позволяет использовать утоньшение стружки для достижения более высоких скоростей подачи

Несколько простых принципов помогут сделать фрезерование титановых сплавов эффективнее. По заявлениям компании Stellram, конструкция изображенной на рисунке высокоскоростной фрезы при обработке высокотемпературных аэрокосмических сплавов обеспечивает скорость подачи, превышающую скорость фрезерных инструментов традиционной конструкции в пять раз. 

Титановые и алюминиевые сплавы в некотором отношении схожи: оба металла применяются в конструктивных элементах самолетов, и в обоих случаях для изготовления детали может требоваться удаление 90 процентов исходного материала.

Пожалуй, большинство производителей хотели бы, чтобы эти металлы имели больше общих черт. Традиционно обрабатывающие алюминий поставщики авиадеталей теперь по большей части работают с титаном, поскольку в новейших авиационных конструкциях все больше используется именно данный металл.

Менеджер компании-поставщика режущих инструментов Stellram Джон Палмер, ответственный за работу с ведущими производителями авиакосмической отрасли, отмечает, что многие из таких предприятий в действительности имеют бо́льший потенциал обработки титана, чем они реализуют на данный момент. Многие ценные и эффективные технологии обработки титана достаточно просто внедрить, но лишь немногие из них используются для повышения продуктивности. Проконсультировавшись с производителями по вопросам эффективности фрезерования разных аэрокосмических сплавов, включая сплавы титана, Палмер пришел к выводу, что работа с титаном – не такой сложный процесс. Самое главное – продумать весь процесс обработки, поскольку любой элемент может оказать влияние на общую эффективность.

По словам Палмера, ключевым фактором является стабильность. При контакте инструмента с заготовкой образуется так называемый «замкнутый круг», в который входит инструмент, державка, шпиндель, станина, направляющие, рабочий стол, зажимное приспособление и заготовка. От всех этих частей зависит устойчивость процесса. Кроме того, важными аспектами являются давление, объем и способ подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а также вопросы методики и применения, освещенные в данной статье. Для максимальной реализации потенциала данных процессов, способных повысить производительность обработки титана, Палмер рекомендует следующее:

Зависимость скорости резания от дуги контакта

Совет № 1. Сохраняйте малую площадь контакта

Одна из основных проблем титана – его низкая теплопроводность. В этом металле лишь относительно малая часть вырабатываемого тепла отводится вместе со стружкой. По сравнению с другими металлами, при обработке титана бо́льший процент тепла передается на инструмент. Вследствие данного эффекта выбор рабочей площади контакта определяет выбор скорости резания.

Эту зависимость демонстрирует кривая на рисунке 1. Полный контакт – врезание по дуге 180º – возможен только при относительно низкой скорости резания. В то же время уменьшение площади контакта сокращает период выделения тепла режущей кромкой и обеспечивает больше времени для охлаждения перед новым врезанием в материал. Таким образом, уменьшение зоны контакта обуславливает возможность повышения скорости резания с сохранением температуры в точке обработки. Фрезерование с крайне малой площадью контакта и остро заточенной режущей кромкой при высокой скорости и минимальной подаче на зуб может обеспечить непревзойденное качество чистовой обработки.

Увеличение количества зубьев

Совет № 2. Увеличьте количество зубьев

Обычные концевые фрезы имеют четыре или шесть зубьев. Для титана этого может быть недостаточно. Наибольшую эффективность обработки данного металла обеспечивает инструмент с десятью или более зубьями (см. рисунок 2).

Увеличение количества зубьев устраняет необходимость снижения подачи на зуб. При этом в большинстве случаев слишком близкое расположение зубьев в десятизубой фрезе не обеспечивает достаточно пространства для отвода стружки. Тем не менее, продуктивному фрезерованию титана способствует малая площадь контакта (см. совет № 1), и образующаяся в результате тонкая стружка дает возможность использовать многозубые концевые фрезы для повышения производительности.

Совет № 3. Соблюдайте принцип «от толстой стружки к тонкой»

Данная идея связана с термином «попутное фрезерование» и предполагает такое расположение инструмента, при котором кромка врезается в материал в направлении подачи.

Принцип «от толстой стружки к тонкой»

Этому методу противопоставляется «встречное фрезерование», сопровождающееся образованием тонкой стружки на входе и толстой на выходе. Такой метод известен как «традиционный» и отличается высокой силой трения при снятии стружки в начале резания, в результате чего образуется тепло. Тонкая стружка не может поглотить и отвести это выработанное тепло, и оно передается на режущий инструмент. Затем на выходе, где толщина максимальна, возросшее режущее усилие создает опасность налипания стружки.

Попутное фрезерование, или способ формирования стружки «от толстой к тонкой», предполагает вход в заготовку с максимальной толщиной среза, а выход – с минимальной (см. рисунок 3). При фрезеровании периферией фреза «подминает» под себя заготовку, создавая толстую стружку на входе для максимального поглощения тепла и тонкую стружку на выходе для предотвращения налипания стружки.

Фасонное фрезерование требует тщательного контроля траектории инструмента, с тем чтобы инструмент продолжал входить в заготовку и выходить на обработанной поверхности нужным образом. Для этого следует не прибегать к сложным манипуляциям, а просто подавать материал вправо.

Врезание по дуге

Совет № 4. Используйте врезание по дуге

При работе с титаном и другими металлами срок службы инструмента сокращается в моменты резких колебаний усилия, в особенности при входе в заготовку. При прямом врезании в материал (что характерно практически для любой траектории инструмента) эффект сопоставим с ударом по режущей кромке молотком.

Вместо этого следует аккуратно проходить режущей кромкой по касательной. Нужно выбрать такую траекторию движения, чтобы инструмент входил в материал по дуге, а не под прямым углом (см. рисунок 4). При фрезеровании от толстой стружки к тонкой дуга врезания должна совпадать с направлением вращения инструмента (по часовой или против часовой стрелки). Дуговая траектория обеспечивает постепенное увеличение силы резания, предотвращая рывки и повышая устойчивость инструмента. При этом выделение тепла и толщина стружки также постепенно возрастают до момента полного погружения в заготовку.

Снятие фаски в конце прохода

Совет № 5. Снимайте фаску в конце прохода

Резкие изменения усилия могут возникать и на выходе инструмента из материала. Как бы ни было эффективно фрезерование от толстой стружки к тонкой (совет № 3), проблема данного метода заключается во внезапной остановке постепенного утоньшения стружки, когда инструмент достигает конца прохода и начинает шлифовать металл. Такой резкий переход сопровождается соответствующим резким изменением силы, в результате чего на инструмент оказывается ударная нагрузка, способная вызвать повреждение поверхности детали. Чтобы снизить резкость, примите меры предосторожности – снимите 45-градусную фаску в конце прохода, обеспечив постепенное уменьшение радиальной глубины резания (см. рисунок 5).

Совет № 6. Выбирайте фрезы с большим вспомогательным задним углом

Острая режущая кромка минимизирует усилие резания титана, но при этом она должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать давление резания.

Фрезы с большим вспомогательным задним углом

Конструкция инструмента с большим вспомогательным задним углом, где первая область кромки с положительным углом наклона принимает на себя нагрузку, а следующая за ней вторая область с бо́льшим углом увеличивает зазор, позволяет решить обе эти задачи (см. рисунок 6). Такая конструкция довольно широко распространена, но именно в случае титана экспериментирование с различными величинами вспомогательного заднего угла позволяет достигнуть существенного увеличения производительности и срока службы инструмента.

Совет № 7. Изменяйте осевую глубину

Режущая кромка инструмента может подвергаться окислению и воздействию химических реакций. Многократное использование инструмента с одной и той же глубиной врезания может привести к преждевременному износу в зоне контакта.

Измерение осевой глубины

В результате последовательных осевых врезаний поврежденная область инструмента вызывает деформационное упрочнение и образование зазубрин, наличие которых недопустимо на деталях аэрокосмического оборудования, поскольку данный поверхностный эффект может вызвать необходимость преждевременной замены инструмента. Этого можно избежать, защитив инструмент путем изменения осевой глубины резания для каждого прохода и распределив тем самым проблемную область по разным точкам зубьев (см. рисунок 7). В процессе точения аналогичного результата можно достичь обтачиванием конической поверхности при первом проходе и обработкой цилиндрической поверхности при последующем – это позволит предотвратить образование проточин.

Ограничение осевой глубины обработки тонких элементов

Совет № 8. Ограничьте осевую глубину обработки тонких элементов

Во время фрезерования тонкостенных и выдающихся элементов титановых деталей важно помнить о соотношении 8:1. Чтобы избежать искривления стенок пазов, фрезеруйте их последовательно в осевом направлении вместо обработки по всей глубине за один проход концевой фрезы. В частности, осевая глубина резания при каждом проходе не должна превышать конечную толщину стенки более чем в 8 раз (см. рисунок 8). Например, для достижения толщины стенки 2 мм осевая глубина соответствующего прохода должна составлять максимум 16 мм.

Несмотря на ограничение глубины, данное правило все же позволяет сохранить производительность фрезерования. Для этого тонкие стенки нужно фрезеровать так, чтобы вокруг них оставалась необработанная область, а толщина элемента в 3 или 4 раза превышала конечную толщину. Если нужно получить стенку толщиной 7 мм, согласно правилу 8:1 осевая глубина может достигать 56 мм. При обработке толстых стенок следует соблюдать небольшую глубину прохода до достижения окончательного размера.

Использование инструмента значительно меньше паза

Совет № 9. Используйте инструмент значительно меньше паза

В силу большого количества тепла, поглощаемого при обработке титана, фрезе требуется пространство для охлаждения. При фрезеровании небольших пазов диаметр инструмента не должен превышать 70 процентов от диаметра (или сопоставимого размера) паза (см. рисунок 9). При меньшем зазоре существенно возрастает риск ограничения доступа охлаждающей жидкости к инструменту, а также задерживания стружки, которая могла бы отводить хотя бы часть тепла.

Данное правило также применимо при фрезеровании открытой поверхности. При этом ширина элемента должна составлять 70 процентов от диаметра инструмента. Смещение инструмента составляет 10 процентов, что способствует утоньшению стружки.

Использование инструментальной стали

Совет № 10. Обратите внимание на инструментальную сталь

Высокоскоростные фрезы, изначально разработанные для обработки инструментальной стали при изготовлении пресс-форм, в последние годы начали активно использоваться в производстве титановых деталей. Высокоскоростная фреза не требует большой осевой глубины резания, и на такой глубине скорость подачи превышает показатели фрез традиционной конструкции.

Данные характеристики обусловлены утоньшением стружки. Ключевая особенность высокоскоростных фрез – пластины с большим радиусом закругления кромки (см. рисунок 10), способствующим распределению образуемой стружки по увеличенной площади контакта. Благодаря этому при осевой глубине резания 1 мм возможно образование стружки толщиной всего 0,2 мм. В случае титана такая тонкая стружка устраняет необходимость в низкой подаче на зуб, обычно используемой для данного металла. Таким образом, становится возможным установка скоростей подачи значительно выше стандартных.

Источник материала: перевод статьи
10 Tips for Titanium,
Modern Machine Shop

Автор статьи-оригинала:
Питер Зелински (Peter Zelinski),
главный редактор

Нет связанных записей.

Шлифование титанового сплава — Выбор круга для шлифования титана

Титановые сплавы плохо обрабатываются резанием, так как отличаются высоким отношением предела текучести к временному сопротивлению разрыва. Для титановых сплавов это соотношение составляет 0,85-0,95 (для сталей – 0,65-0,75). Во время работ с титановыми сплавами возникают большие удельные усилия, а это приводит к высоким температурам в зоне резания.

Обработка титана

Титан может налипать на шлифовальный круг из-за сильной адгезии и высоких температур. Этот процесс вызывает существенную силу трения. К тому же прилипание, прижог или приваривание титана к рабочему инструменту приводят к изменению форм заготовок. Это ведет к тому, что необходимо прилагать больше усилий для обработки титана, повышается температура, снижается износостойкость абразивного круга.

Самая трудоемкая работа – это резка и сверление грубых пластинчатых сплавов с газонасыщенным слоем. Чтобы снизить энергетические затраты, следует знать и соблюдать такие условия:

• Необходим качественный шлифовальный круг и рабочий инструмент, сделанный из твердых сплавов или стали.
• Важно соблюдать малые обороты станка.
• Следует постоянно подавать охлаждающие составы.

Способы механической обработки титана:

1. Резка.

Механическая резка титана требует значительных энергозатрат, она сложна. Из-за недостаточной теплопроводности происходит неравномерное повышение температуры, а это ухудшает процесс охлаждения. От температуры усиливается процесс окисления, что ухудшает свойства отшлифованных изделий.

Уровень нагрева детали зависит от:

• скорости резания,
• силы подачи,
• глубины реза.

Чтобы поддерживать нормальную температуру в зоне реза, можно использовать легирование водородом. Данный способ помогает снизить силу реза и увеличить износостойкость. К тому же данным методом уменьшают срок шлифовки заготовки.

2. Фрезерование.

Данный процесс считается одним из наиболее сложных в работе с титановыми сплавами. Механическая обработка титана происходит обычно на высокомощных фрезеровочных станках. Различают такие фрезы:

• Вогнутые или выпуклые фасонные.
• Сборные.
• Концевые.

3. Шлифовка (описана далее).

4. Сверление.

Когда идет процесс сверления, титановая стружка налипает на поверхность инструмента. Так отводящие каналы сверла засоряются. Поэтому необходимо использовать специальное оборудование из твердых металлов и периодически чистить инструмент в процессе работы.

Особенности шлифования титановых сплавов

Обработку прочных материалов, к примеру, титановых сплавов, применяют в машиностроении, авиационной, ракетной и космической технике, металлургии, нефтяной и газовой промышленностях.

В процессе обработки титановых заготовок период стойкости кругов уменьшается в 15-20 раз, а затраты на правку достигают 60-70% от общего времени, затраченного на работу.

Сложна и финишная обработка. На сплавах могут появиться прижоги, стружка налипает, а связи в оксидной пленке разрушаются. Все это приводит к дефектам изделия.

Шлифование подобных заготовок необходимо осуществлять на низких оборотах станка со специальными режимами. Детали можно упрочнять пластическим деформированием для достижения более высокого качества. В конце работы мастер должен проверять заготовку на наличие прижогов или других возможных дефектов.

Помимо шлифования, можно выбрать абразивную или лезвийную обработку титановых сплавов. Завершить шлифование можно непрерывной абразивной лентой (на которую нанесет соответствующий размер абразивных зерен) или кремниевым кругом.

Выбор круга для шлифования титанового сплава

Изначально шлифование титановых сплавов было непроизводительным. Всего 0,7 см3 снималось с заготовки при износе круга в 1 см3. Позже удалось дойти до отметки в 16 см3 при работе с нелегированным титаном.

Шлифование улучшилось благодаря снижению скорости вращения шлифкруга и применению смазочных охлаждающих составов. Оптимальным абразивным материалом выявили тот, который имеет зернистость 60 или 80. Отличным абразивом позже стала окись алюминия.

Обдирка или удаление и зачистка поверхности от дефектов, заусенцев и т.д. может осуществляться с помощью качающейся рамы или портативного шлифовального станка. В этом процессе применяют карборундовые и фирменные шлифовальные камни, скорость которых равна 1800 м/мин. Окончательная отделка возможна с карборундовыми шлифовальными кругами, которые будут работать на скорости 2900 м/мин.

Шлифование титановых сплавов. В этом виде работ часто применяют шлифовальные круги с качественным маслом прямой гонки или с техническим антикоррозионным раствором. Хорошие результаты показывают карборундовые круги CD-12 с зернистостью 60 и 80.

Следующий вид обработки – отрезка, которую не выполняют без охлаждения. Иначе это приведет к прижогам и трещинам. Если нет возможности охладить деталь, лучше применить шлифовальный круг A54-L8B со скоростью 2900 м/мин. Отрезать деталь, которая имеет диаметр 13 мм, возможно кругами 37C60-POR-30 или TC60-16-RR при скорости 2900 м/мин. Процесс следует охлаждать маслом или антикоррозийным раствором. Для работы с прутками более 13 мм можно использовать круги той же марки. Для настольного шлифования не нужны смазочно-охлаждающие жидкости, круг можно использовать такой – A36-K8-VBE.

Круглое шлифование, когда снимается большой объем стружки, производится кругом 32A60-K8-VBE, для снятия малого количества стружки – 32A60-J8-VBE. Обязательно следует применять 10%-ный антикоррозийный раствор или масло прямой гонки. Скорость обработки в таком случае может колебаться от 550 до 610 м/мин.

Внутреннее шлифование следует проводить на скорости 520 м/мин кругом 32A46-J8-VBE и с 10%-ным раствором антикоррозийной эмульсии. Если скорость работы круга около 1830 м/мин, подойдут круги 32A60-L5-VBE.

Полировку выполняют камедистой пастой, а снятие окалины – составом Нортон 180 Кристолон. Тонкое полирование можно провести алундовой пастой (крупность зерна В).

Как проводится шлифовка титана

Какие трудности могут возникнуть при шлифовании подобного рода материала:

1. Быстрое снижение износостойкости абразивного круга.
2. Высокий уровень температуры, что уменьшает стойкость инструмента и приводит к прижогу на заготовке.
3. Налипание стружки, а это снижает режущие свойства абразива.
4. Как следствие — плохое качество шлифовки поверхности.

Силы резания при обработке титановых сплавов такие же, что и у сталей, а их более низкая обрабатываемость связана с меньшей теплопроводностью и повышенным коэффициентом трения, увеличивающими температуру в зоне резания. Кроме того, титановые сплавы обладают меньшим модулем упругости, чем стальные изделия, а это снижает жесткость деталей, возникают вибрации. Такое в основном происходит при жестких режимах шлифования.

Что касается смазочных и охлаждающих жидкостей, то антикоррозийные растворы и специфические масла прямой гонки способны увеличить коэффициент шлифования. Довольно часто специалисты применяют первый тип охлаждения.

В настоящее время механическая обработка титана является малоизученной областью. В работе с такими заготовками больше вопросов, чем ответов, поэтому следует опираться на опыт тех, кто уже работал с подобными сплавами.

Посмотрите также:

извлечение титана

Восстановление хлорида титана (IV)

TiCl ₄ можно восстановить с использованием магния или натрия. AQA примет любой, поэтому я просто даю магниевый.

Пары хлорида титана (IV) пропускаются в реакционный сосуд, содержащий расплавленный магний в атмосфере аргона, и температура повышается примерно до 1000 ° C. Процесс восстановления идет очень медленно, занимает около 2 дней, после чего следует еще несколько дней охлаждения.

Когда реакционная смесь остывает, ее измельчают и добавляют разбавленную соляную кислоту для реакции с любым избытком магния с образованием большего количества хлорида магния. Весь хлорид магния растворяется в имеющейся воде, а оставшийся титан перерабатывается для его очистки.

Другие мысли

Почему используется этот процесс экстракции?

Титан нельзя извлечь путем восстановления руды с использованием углерода в качестве дешевого восстановителя.Проблема в том, что титан образует карбид TiC, если его нагреть углеродом, поэтому вы не получите чистый металл, который вам нужен. Наличие карбида делает металл очень хрупким.

Это означает, что необходимо использовать альтернативный восстановитель. В случае титана восстановителем является натрий или магний. Оба они, конечно, сначала должны быть извлечены из руд дорогостоящими способами.

Прочие проблемы

• Следы кислорода или азота в титане делают металл хрупким.Восстановление следует проводить в атмосфере инертного аргона, а не на воздухе.

• Титан производится серийным способом. Например, при производстве чугуна через доменную печь идет непрерывный поток. Сверху добавляют железную руду, кокс и известняк, а снизу удаляют железо и шлак. Это очень эффективный способ что-то сделать.

  Однако с титаном вы делаете его по одной партии. Хлорид титана (IV) нагревают с натрием или магнием для получения титана.Затем титан отделяется от отходов, и в том же реакторе запускается совершенно новая реакция. Это медленный и неэффективный способ работы.

.

Технологии для людей | CITIZEN Technologies

Сильный. Красивый. Комфортно.

Какой идеальный материал для часов?
В 1970 году CITIZEN представила первые в мире часы из титана.
После этого мы продолжили разработку Super Titanium ^TM .
Путем обработки твердого титана и применения Duratect, нашей запатентованной технологии поверхностного упрочнения,
мы создали материал в пять раз тверже нержавеющей стали.
Super Titanium ^TM : легкий, нежный для кожи, устойчивый к царапинам и ржавчине.
И мы не будем останавливаться на достигнутом.
Мы продолжим искать способы сделать ваши часы более удобными.

Технологии обработки титана

Super Titanium ^TM изготовлен из твердого титана. Хотя твердый титан обладает превосходными гипоаллергенными свойствами, его мягкость делает его особенно трудным для обработки. В CITIZEN мы применили свое мастерство обработки для разработки уникальных технологий, которые позволяют решить проблемы, связанные с твердым титаном.

[Нажатие]

Твердый титан — активный металл, легко вступающий в реакцию с кислородом, углеродом, азотом и т. Д.Это затрудняет прессование формы, поскольку она склонна к истиранию в форме. (Истирание — это форма износа, вызванная адгезией между поверхностями скольжения.) В CITIZEN мы подвергаем титан очень сильному нагреву. Это снижает его сопротивление деформации и позволяет придавать ему различные формы.

[Обработка]

Твердый титан быстро реагирует на кислород в атмосфере. В результате во время механической обработки опилки имеют тенденцию прилипать к режущим кромкам инструмента.Возникающее в результате трение изнашивает сверла и очень затрудняет стабилизацию диаметра отверстия. В CITIZEN мы протестировали широкий спектр СОЖ, смазок и скоростей обработки. Как только мы нашли оптимальную комбинацию из трех, мы смогли стабильно обрабатывать титан.

[Полировка]

Одной из характеристик титана является то, что в то время как внешняя часть (где сцепляются кристаллиты) твердая, центральная часть мягкая. Если вы просто отполируете титан обычным способом, только центральная часть будет сбрита, образуя так называемый эффект «апельсиновой корки».Вот почему так сложно было добиться красивой и ровной зеркальной отделки. В CITIZEN мы начали экспериментировать со всеми возможными комбинациями полировальных материалов и абразива, пока нам не удалось разработать собственный специальный метод полировки. Мы завершаем это полировкой Sallaz, выполненной одним из наших опытных мастеров. Такое сочетание процессов позволяет добиться красивой зеркальной отделки. Только CITIZEN обладает ноу-хау и технологиями для полировки титана до такого красивого блеска.

Duratect, запатентованная CITIZEN технология поверхностного упрочнения

Duratect — это запатентованная CITIZEN технология упрочнения поверхностей деталей часов. Человеческая рука — это та часть тела, которую мы двигаем больше всего. Таким образом, часы больше всего подвержены риску поцарапаться или поцарапаться. Мы хотим, чтобы ваши часы оставались первозданными и красивыми как можно дольше. Именно так была основана компания Duratect.

Супер титан ^TM История

Изготовление часов
из материала космической эры

В 1960-х годах весь мир был взволнован программой «Аполлон», первой пилотируемой миссией на Луну.Легкий, прочный и устойчивый к ржавчине профиль титана вырос вместе с восприятием его как нового металла для космических кораблей. CITIZEN начал исследования титана как материала, будучи убежден, что его свойства можно использовать для производства идеального материала для корпусов часов.

Первые в мире часы из титана

CITIZEN выпустила X-8 Chronometer, первые в мире часы с прочным титановым корпусом, в 1970 году, преодолев различные проблемы обработки титана.Название представляет собой комбинацию буквы «X», обозначающей неизвестное, и «8», обозначающей символ бесконечности. Он выражает безграничные возможности титана, относительно неизвестного в то время материала.

Титан для многих, а не для немногих

В результате исследования CITIZEN обнаружило, что титан имеет много достоинств как материал для изготовления часов, которые мы носим.
Одним из таких достоинств стали гипоаллергенные свойства металла. Фактически, CITIZEN была первой компанией, которая заметила преимущества гипоаллергенных свойств титана, и мы объединились с группой дерматологов, специализирующихся на аллергии на металл, чтобы проверить реакцию пациентов на твердые титановые часы.
В 1987 году, спустя семнадцать долгих лет исследований после выпуска хронометра X-8, наши усилия по созданию часов, которые не причиняли бы вреда коже, увенчались успехом с запуском ATTESA. Мы совершили гигантский скачок в мир, где каждый, страдающий аллергией или не страдающий аллергией, мог безопасно носить часы.

Титановые дайверские часы
с самой высокой в ​​мире стойкостью к давлению воды ^*

на глубине 1300 метров
* На момент выпуска в 1982 году

Цельнотитановые часы с защитой от аллергии на металл
Часы

Титановые часы
с платиновым напылением

Часы из титана, обработанные
с Duratect

Часы из титана, обработанные
с Duratect DLC / MRK

ГРАЖДАНИН, определяющий будущее

«Давайте попробуем сделать часы из почти неизвестного материала» — это мышление, которое впервые вдохновило нас на исследование титана.И сегодня мы по-прежнему стремимся выйти за границы возможного с Super Titanium ^TM , запатентованным CITIZEN. материал, полученный на основе наших технологий обработки титана и технологии поверхностного упрочнения Duratect. По мере развития нашей технологии обработки титана мы можем предложить более широкий спектр конструкций; По мере развития нашей технологии поверхностного упрочнения Duratect мы можем разрабатывать еще более устойчивые к царапинам и гипоаллергенные модели.
Мы с нетерпением ждем будущего, когда каждый сможет надеть часы с уверенностью, что они будут чувствовать себя комфортно и безопасно.
Вызов продолжается.

* Некоторые модели больше не производятся или недоступны в определенных странах.

.