Hvad er titanium? .
Titanium, der har det kemiske symbol Ti og atomnummer 22, er et skinnende overgangsmetal, der er kendt for sit enestående forhold mellem styrke og vægt, korrosionsbestandighed og biokompatibilitet. Titanium blev opdaget i slutningen af det 18. århundrede og er blevet uundværligt på tværs af forskellige industrier, herunder luftfarts-, medicinal-, bil- og marinesektoren.
Hvad er de forskellige titaniumkvaliteter til CNC-bearbejdning?
Titanium er et alsidigt metal, som ofte bruges til CNC-bearbejdning på grund af dets unikke egenskaber. Der findes flere kvaliteter af titanium, hver med unikke egenskaber, der gør dem velegnede til forskellige anvendelser. De titankvaliteter, der normalt bruges til CNC-bearbejdning, er beskrevet i detaljer nedenfor.
Klasse 1: Kommercielt rent titanium (lavt iltindhold).
Grade 1 titanium er det blødeste og mest duktile, hvilket gør det bearbejdeligt. Anvendelser i svære miljøer kræver stærk korrosionsbestandighed og slagfasthed. Denne biokompatible kvalitet foretrækkes i medicinske implantater og udstyr på grund af sin sikkerhed. Komponenter med høj præcision og stabilitet nyder godt af den lave varmeudvidelseskoefficient, som mindsker de termiske belastninger. Lav styrke begrænser brugen i højbelastningsapplikationer sammenlignet med andre kvaliteter.
Klasse 2: Kommercielt rent titanium (standard iltindhold).
Grad 2, også kendt som “arbejdshesten” titanium, er stærkt, duktilt og korrosionsbestandigt. Med god bearbejdelighed og svejsbarhed er det stærkere end grad 1. Det er velegnet til rumfartskomponenter, kemisk procesudstyr og maritime miljøer. Dets tilpasningsevne gør det velegnet til industrier, der har brug for moderat styrke og korrosionsbestandighed. Grad 2 er svagere end titaniumlegeringer på trods af sine fordele.
Klasse 3: Kommercielt rent titanium (medium iltindhold).
Grad 3 titanium har bedre styrke end grad 1 og 2, men mindre duktilitet og formbarhed. Denne kvalitet bruges i flyapplikationer, der kræver bedre styrke uden at øge vægten på grund af dens korrosionsbestandighed. Styrken gør bearbejdningen sværere end de blødere kvaliteter, hvilket kræver omhyggelig kontrol for at undgå slid på værktøjet.
Klasse 4: Kommercielt rent titanium (højt iltindhold).
Grad 4 er den stærkeste kommercielt rene titankvalitet med enestående korrosions- og mekaniske egenskaber. Den anvendes i luftfartskomponenter og kirurgisk udstyr, der kræver styrke og lang levetid. På grund af sin hårdhed kræver bearbejdning af Grade 4 titanium specialiseret udstyr og processer for at opnå de specificerede tolerancer uden værktøjsslitage eller deformation af arbejdsemnet.
Klasse 5: Titaniumlegering (Ti-6Al-4V).
Grade 5 titanium, Ti-6Al-4V, er en populær titaniumlegering på grund af dens høje styrke-til-vægt-forhold og korrosionsbestandighed. Denne legering indeholder aluminium og vanadium, som forbedrer dens mekaniske egenskaber i forhold til ren titanium. Den bruges i rumfart, militær og højtydende bildele. Bearbejdning af Grade 5 er hårdere og har tendens til at blive arbejdshærdet, og derfor skal skærehastigheder og valg af værktøj overvejes nøje.
Klasse 6: Titaniumlegering (Ti-5Al-2,5Sn).
Grade 6 titanium består af aluminium og tin, som giver god svejsbarhed og ydeevne ved høje temperaturer. Denne kvalitet bruges ofte i flykonstruktioner og jetmotorer, hvor varmebestandighed er afgørende. Selv om den har bedre mekaniske egenskaber end ren titanium, er der stadig bearbejdningsproblemer på grund af dens højere hårdhed sammenlignet med grad 1 og 2.
Klasse 7: Titaniumlegering (Ti-0,15Pd).
Der er tilsat palladium til titanium i klasse 7, hvilket gør det endnu mere modstandsdygtigt over for korrosion end normale kommercielt rene kvaliteter. På grund af dette fungerer det særligt godt i kemiske processer, der kræver eksponering for barske forhold. På grund af dets særlige egenskaber kan det bruges i marine omgivelser og i produktionen af klorat. Men fordi det er hårdt, er det svært at bearbejde, ligesom andre titaniumkvaliteter.
Klasse 11: Titaniumlegering (Ti-0,15Pd).
Grade 11 titaniumlegering ligner Grade 7, men med forbedret duktilitet, hvilket gør den velegnet til brug i stærkt korrosive miljøer som f.eks. havvand. Den opretholder en høj biokompatibilitet, samtidig med at den giver forbedrede mekaniske egenskaber, der er passende til en række industrielle anvendelser. Bearbejdning af denne kvalitet giver de samme problemer som andre legeringer, men de kan mindskes med de rette procedurer.
Klasse 12: Titaniumlegering (Ti-0,3Mo-0,8Ni).
Grade 12’s struktur omfatter molybdæn og nikkel, hvilket resulterer i enestående svejsbarhed og korrosionsbestandighed. Denne kvalitet bruges ofte i varmevekslere og maritime applikationer på grund af dens evne til at tolerere barske miljøer, samtidig med at den strukturelle integritet bevares. Selv om den har store fordele i forhold til rene titaniumkvaliteter, er kompleksiteten i bearbejdningen stadig et problem.
Klasse 23: Titaniumlegering (Ti-6Al-4V ELI).
Grade 23 er en ekstra lav interstitiel variant af Grade 5, der primært er skabt til medicinske anvendelser, hvor biokompatibilitet er afgørende. Dens raffinerede sammensætning giver øget brudstyrke, samtidig med at den høje styrke, der kræves til kirurgiske implantater og udstyr, bevares. På grund af de unikke egenskaber kræver bearbejdningen af denne kvalitet særlig opmærksomhed, men slutresultatet er dele, der lever op til høje medicinske standarder.
Hvorfor vælge titanium til CNC-bearbejdning af dele?
Der er mange fordele ved at vælge titanium til CNC-bearbejdning af dele, hvilket gør det til et foretrukket materiale på tværs af forskellige industrier.
Ekseptionelt forhold mellem styrke og vægt.
Selvom titanium er 5 % svagere end stål, har det en 40 % lavere vægt. I luftfarts- og bilindustrien, hvor vægtreduktion er afgørende for ydeevne og effektivitet, giver denne egenskab producenterne mulighed for at udvikle lette, men stærke komponenter. Evnen til at opretholde høj styrke og samtidig minimere masse er en game-changer i præstationsfokuserede sektorer.
Høj korrosionsbestandighed
Titanium er korrosionsbestandigt, især i ekstreme situationer som marine og kemisk forarbejdning. For komponenter, der skal tåle barske forhold, kan titanium modstå havvand, syrer og andre ætsende stoffer uden at blive forringet. Det forlænger komponenternes levetid og sænker vedligeholdelsesudgifterne.
Biokompatibilitet.
Medicinske implantater og gadgets bruger titanium på grund af dets biokompatibilitet. Kirurgiske anvendelser som ledudskiftninger og tandimplantater er sikre, da stoffet ikke reagerer med menneskeligt væv. Inden for sundhedspleje gør dets ikke-toksicitet det mere velegnet.
Holdbarhed og udmattelsesmodstand
Titans udmattelsesmodstand og holdbarhed gør det muligt for komponenter at overleve gentagne belastninger uden at gå i stykker. Dele til luft- og rumfart udsættes for cyklisk belastning, hvilket gør denne kvalitet afgørende. Titaniumkomponenter er pålidelige i vigtige anvendelser, fordi de fungerer godt under stress.
Ikke-magnetiske egenskaber.
Titanium er også nyttigt, fordi det ikke er magnetisk, så det kan bruges på steder, hvor magnetiske forstyrrelser kan være et problem. Denne egenskab er meget nyttig i medicinske omgivelser (som MR-maskiner) og elektroniske gadgets, der skal kontrollere magnetfelter.
Bearbejdelighed og formbarhed
Ti er vanskeligt at fremstille på grund af dets begrænsede varmeledningsevne og tilbøjelighed til at blive arbejdshærdet, men CNC-bearbejdning har gjort det lettere. Producenter kan bruge titans særlige kvaliteter ved at bruge CNC-maskiner til at skære og tolerere kompliceret geometri. Passende skæreværktøjer, hastigheder og kølesystemer kan reducere varmeakkumuleringen ved bearbejdningen.
Miljømæssig bæredygtighed
Titanium er også ekstremt genanvendeligt, hvilket gør det endnu mere attraktivt som et miljømæssigt ansvarligt materiale. Evnen til at genbruge titanium minimerer affald og øger bæredygtigheden i produktionen.
Udfordringer at overveje ved bearbejdning af titanium
Bearbejdning af titanium involverer forskellige forhindringer, der kan hæmme fremstillingsprocessen. At forstå disse forhindringer er afgørende for at producere CNC-output af høj kvalitet. Her er de største udfordringer ved bearbejdning af titanium.
Opbygning af varme.
Titans begrænsede varmeledningsevne får bearbejdningsvarmen til at samle sig ved grænsefladen mellem skæreværktøj og emne. Varmeophobning kan fremskynde værktøjsslitage, forkorte værktøjets levetid og forringe det bearbejdede emnes overfladekvalitet. Varme kan hærde titanium, hvilket gør det sværere at bearbejde, hvis det ikke behandles korrekt. Brug højtrykskølesystemer og optimer tilspændingshastigheder og spindelhastigheder for at undgå dette problem.
Høje skærekræfter
På grund af deres styrke og hårdhed kræver titaniumlegeringer store skærekræfter. Store kræfter kan forårsage vibrationer og afbøjning under bearbejdningen, hvilket resulterer i produktfejl og værktøjsslid. Maskinoperatører skal bruge robust opspænding og skarpe titanium-specifikke værktøjer for at overvinde dette problem.
Kemisk reaktivitet
Titanium reagerer kemisk ved høje temperaturer. Denne reaktivitet kan forårsage overfladeoxidation og galling, som klæber materiale til skæreværktøjet og beskadiger det. Oxygen gør titanlegeringen sprød og mindsker korrosionsbestandigheden. Brug af korrekte skærevæsker og bearbejdning ved lavere temperaturer kan reducere disse påvirkninger.
Elastisk deformation
Titanium deformeres under skærekræfter på grund af dets lavere elasticitetsmodul end stål. Det kan få slanke emner til at bøje eller forvride sig under bearbejdningen, hvilket resulterer i dimensioner uden for tolerancen. Brug stiv opspænding og skæreparametre, der minimerer afbøjning, for at løse dette problem.
Built-Up Edge (BUE).
Bearbejdning af titanium medfører ofte ophobning af skæreværktøj. Spåner på værktøjets skærekant gør det sløvt og genererer varme. Forebyggelse af BUE og optimering af skæreforholdene kræver løsninger til fjernelse af spåner, f.eks. påføring af højtrykskølemiddel direkte på skærekanten.
Chip-kontrol
Lange, tynde titaniumspåner kan vikle sig rundt om maskiner eller beskadige bearbejdede overflader, hvis de ikke kontrolleres ordentligt. Disse spåner hindrer varmeoverførsel væk fra arbejdszonen, hvilket forværrer varmeudviklingen. For at øge spånkontrollen og forhindre skader skal maskinarbejdere udvikle værktøj og bearbejdningsprocedurer, der fremmer kortere spåndannelse.
Restspændinger
Titans krystalstruktur og arbejdshærdning kan forårsage restspændinger under bearbejdningen. Hvis disse spændinger ikke håndteres, kan det medføre forvrængning eller brud i det færdige produkt. Det kan hjælpe at anvende bearbejdningsteknikker, der tager højde for disse spændinger, f.eks. dybere snit.
Tips til bearbejdning af titanium CNC-bearbejdning
Selvom titanium er meget vanskeligt at arbejde med, er der stadig mange industrier og designere, der benytter sig af det på grund af dets mange fordele. På baggrund af vores mange års erfaring med titaniumbearbejdning har vi opsummeret følgende erfaringer.
Vælg det rigtige skæreværktøj.
Brug titaniumspecifikke værktøjer, f.eks. dem med TiCN- eller TiAlN-belægning, for at forbedre varmebestandigheden og reducere værktøjsslid.
Optimer skæreparametre
Brug lavere spindelhastigheder sammen med øget tilspænding for at reducere varmeudviklingen og forhindre arbejdshærdning. Denne strategi fremmer værktøjsintegriteten og forlænger værktøjets levetid.
Sørg for stivhed i opsætningen.
Fastgør arbejdsemnet godt, og brug robuste værktøjsopsætninger for at reducere vibrationer og afbøjning, som kan forringe overfladepolering og dimensionsnøjagtighed.
Udnyt højtrykskølesystemer..
Brug højtrykskølevæske direkte på skærezonen for effektivt at bortlede varmen, mindske de termiske skader og øge spånevakueringen.
Overfladefinish til bearbejdede titaniumdele
Bearbejdede titaniumkomponenter kan have stor gavn af en række forskellige overfladebehandlingsprocesser, der forbedrer både praktiske og æstetiske egenskaber. Her er nogle af de hyppigste overfladebehandlinger, der bruges på titanium.
Polering
Polering giver en glat, reflekterende overflade, som forbedrer titaniumkomponenternes æstetiske udseende. Denne metode er meget fordelagtig i applikationer, hvor udseendet er vigtigt, som f.eks. smykker og avancerede flydele. Titanpolering i detaljer
Anodisering
Anodisering er en elektrokemisk teknik, der afsætter en beskyttende oxidbelægning på titaniumoverfladen. Det forbedrer korrosionsbestandigheden, samtidig med at det giver mulighed for farvetilpasning, hvilket gør det nyttigt i medicinsk udstyr og forbrugerprodukter.
Perlesprængning
Perleblæsning eller sandblæsning giver en grov, mat finish på titaniumoverflader. Denne metode bruges ofte på grund af dens æstetiske fordele, som kan være med til at øge ridsefastheden.
PVD-belægning (fysisk dampudfældning).
PVD-belægninger, herunder titaniumnitrid (TiN), forbedrer hårdheden og slidstyrken. Denne metode omfatter aflejring af et tyndt lag materiale på titaniumoverfladen, hvilket kan forbedre ydeevnen i udfordrende omgivelser.
Elektropolering
Elektropolering øger overfladefinishen ved at fjerne et lille lag materiale og efterlade den ren og skinnende. Denne procedure mindsker også mikroruhed og øger korrosionsbestandigheden.
Pulverbelægning
Pulverlakering giver en langtidsholdbar finish, der kan påføres i en række forskellige nuancer. Det er meget nyttigt til at forbedre udseendet og korrosionsbestandigheden af titaniumdele, der bruges udendørs.
Chroming
Kromning lægger et lag krom oven på titandele for at gøre dem mere modstandsdygtige over for rust og give dem en skinnende finish. Denne proces bruges ofte til at færdiggøre biler og lave dekorationer.
Brushing
Børstning af titaniumdele giver dem et unikt udseende og hjælper med at skjule ridser og slitage over tid ved at give overfladen et lineært mønster.
Maleri
Maling af titaniumoverflader er en nem måde at tilføje farve på og beskytte dem mod skader. Det bruges normalt til udseende, og forskellige teknikker kan bruges til at påføre det baseret på den ønskede finish.
Anvendelser af titaniumbearbejdede dele
På grund af deres høje styrke/vægt-forhold, korrosionsbestandighed og biokompatibilitet er bearbejdede dele af titanium vigtige for mange virksomheder. De kan bruges inden for en række områder.
Luft- og rumfartsindustrien
Titanium bruges i fly til vigtige dele som kompressorblade, skiver, flyskrogstrukturer og landingsstel, fordi det er stærkt, men ikke for tungt. For at fly skal fungere godt og holde længe, skal de kunne klare høje temperaturer og korrosion.
Medicinske og dentale områder
Titanium er et populært materiale til medicinske implantater som tandimplantater, ledproteser og kirurgiske værktøjer, fordi det er biokompatibelt og ikke reagerer med kropsvæsker. Brugen af det mindsker risikoen for afslag og sikrer, at det holder i kroppen.
Automobilsektoren
Bearbejdede dele i titanium bruges til motordele som ventiler og plejlstænger samt udstødningssystemer i højtydende og dyre biler. Materialets styrke og lethed hjælper bilen med at køre bedre og bruge mindre benzin. (Wikipedia-kilde)
Marine anvendelser
Titanium er et godt metal til marineudstyr, propelaksler og andre dele, der udsættes for barske marineforhold, fordi det ikke ruster. Det gør det pålideligt og langtidsholdbart.(Wikipedia kilde)
Industrielle anvendelser
Bearbejdede dele af titanium bruges i varmevekslere, ventiler og reaktorer i kemisk forarbejdning og energiproduktion, fordi de kan håndtere ætsende miljøer og høje temperaturer, hvilket holder driften sikker og effektiv.(Wikipedia kilde)
FAQS.
Sammenligning med andre materialer
Ti er sværere at arbejde med end andre materialer, fordi det ikke leder varmen godt, er meget stærkt og har tendens til at blive arbejdshærdet, hvilket betyder, at du har brug for specialværktøj og -metoder.
Hvorfor er titanium svært at bearbejde?
Manglende varmeledningsevne gør titanium svært at arbejde med, fordi det let bliver varmt.
Hvilke skæreværktøjer er bedst til titanium? .
Når det drejer sig om at skære i titanium, fungerer hårdmetalværktøjer med højteknologiske overflader som TiAlN eller TiCN bedst. Disse værktøjer holder længe og hjælper med at holde varmen nede under skæreprocessen.
Hvilke bearbejdningsprocesser bruges almindeligvis til titanium?.
Fræsning, skæring, boring og slibning er alle almindelige måder at arbejde med titanium på. For at få en god bearbejdning og samtidig holde varme og værktøjsslitage på et minimum, skal hver proces have nøje kontrol over sine skæreindstillinger.
Konklusion
Ved at blive god til disse ting bliver CNC-bearbejdning af titanium en praktisk og effektiv metode til at lave langtidsholdbare og præcise dele til rumfart, medicin og bilindustrien.
