Ce este titanul?
Titanul, denumit prin simbolul chimic Ti și numărul atomic 22, este un metal de tranziție strălucitor renumit pentru raportul excepțional rezistență/greutate, rezistența la coroziune și biocompatibilitatea sa. Descoperit la sfârșitul secolului al XVIII-lea, titanul a devenit indispensabil în diverse industrii, inclusiv în sectoarele aerospațial, medical, auto și maritim.
Care sunt diferitele grade de titan pentru prelucrarea CNC?
Titanul este un metal versatil care este utilizat în mod obișnuit în prelucrarea CNC datorită caracteristicilor sale unice. Există mai multe tipuri de titan disponibile, fiecare cu proprietăți unice care le fac adecvate pentru o varietate de utilizări. Clasele de titan utilizate de obicei în prelucrarea CNC sunt descrise în detaliu mai jos.
Gradul 1: Titan pur comercial (conținut scăzut de oxigen)
Titanul de gradul 1 este cel mai moale și cel mai ductil, ceea ce îl face prelucrabil. Aplicațiile în medii severe necesită o rezistență puternică la coroziune și durabilitate la impact. Acest grad biocompatibil este preferat în implanturile și echipamentele medicale datorită siguranței sale. Componentele de înaltă precizie și stabilitate beneficiază de coeficientul său scăzut de dilatare termică, care reduce tensiunile termice. Rezistența scăzută limitează utilizarea sa în aplicații cu tensiuni ridicate în comparație cu alte clase.
Gradul 2: Titan pur comercial (conținut standard de oxigen)
Gradul 2, cunoscut uneori sub numele de titan „workhorse”, este puternic, ductil și rezistent la coroziune. Cu o bună prelucrabilitate și sudabilitate, este mai puternic decât gradul 1. Este potrivit pentru componente aerospațiale, echipamente de prelucrare chimică și medii maritime. Adaptabilitatea sa îl face potrivit pentru industriile care au nevoie de rezistență moderată și rezistență la coroziune. Gradul 2 este mai slab decât aliajele de titan, în ciuda beneficiilor sale.
Gradul 3: Titan pur comercial (conținut mediu de oxigen)
Titanul de gradul 3 are o rezistență mai bună decât gradele 1 și 2, dar mai puțină ductilitate și formabilitate. Acest grad este utilizat în aplicații aeronautice care necesită o rezistență mai mare fără a adăuga greutate datorită rezistenței sale la coroziune. Rezistența sa face ca prelucrarea să fie mai dificilă decât în cazul calităților mai moi, necesitând un control atent pentru a evita uzura sculei.
Gradul 4: Titan pur comercial (conținut ridicat de oxigen)
Gradul 4 este cel mai puternic grad de titan pur din punct de vedere comercial, cu calități excepționale de coroziune și mecanice. Acesta este utilizat în componente aeronautice și echipamente chirurgicale care necesită rezistență și longevitate. Datorită durității sale, prelucrarea titanului de gradul 4 necesită echipamente și procese specializate pentru a atinge toleranțele specificate fără uzura sculei sau deformarea piesei.
Gradul 5: aliaj de titan (Ti-6Al-4V)
Titanul de gradul 5, Ti-6Al-4V, este un aliaj de titan popular datorită raportului său ridicat rezistență-greutate și rezistenței la coroziune. Acest aliaj are aluminiu și vanadiu, ceea ce îi îmbunătățește calitățile mecanice față de titanul pur. Este utilizat în industria aerospațială, militară și în piesele auto de înaltă performanță. Prelucrarea gradului 5 este mai dură și tinde să se întărească, prin urmare vitezele de tăiere și alegerea sculei trebuie luate în considerare cu atenție.
Gradul 6: aliaj de titan (Ti-5Al-2.5Sn)
Titanul de gradul 6 este compus din aluminiu și staniu, care oferă o bună sudabilitate și performanțe la temperaturi ridicate. Acest grad este frecvent utilizat în construcțiile de fuselaje și motoare cu reacție, unde rezistența la căldură este esențială. Deși are calități mecanice superioare calităților titanului pur, problemele de prelucrare persistă din cauza durității sale mai ridicate în comparație cu gradele 1 și 2.
Gradul 7: aliaj de titan (Ti-0.15Pd)
La titanul de gradul 7 se adaugă paladiu, ceea ce îl face și mai rezistent la coroziune decât gradele normale pure din comerț. Din acest motiv, funcționează deosebit de bine în lucrările de prelucrare chimică care necesită expunerea la condiții dure. Datorită proprietăților sale speciale, acesta poate fi utilizat în mediul marin și în producția de clorat. Cu toate acestea, deoarece este dur, este greu de prelucrat, la fel ca alte tipuri de titan.
Gradul 11: aliaj de titan (Ti-0.15Pd)
Aliajul de titan de gradul 11 este similar cu cel de gradul 7, dar cu ductilitate sporită, ceea ce îl face potrivit pentru utilizarea în medii foarte corozive, cum ar fi apa de mare. Menține o biocompatibilitate ridicată, oferind în același timp calități mecanice îmbunătățite, adecvate pentru o varietate de aplicații industriale. Prelucrarea acestui grad prezintă probleme similare cu cele ale altor aliaje, însă acestea pot fi atenuate cu proceduri adecvate.
Gradul 12: Aliaj de titan (Ti-0.3Mo-0.8Ni)
Structura gradului 12 include molibden și nichel, rezultând o sudabilitate excepțională și rezistență la coroziune. Această calitate este frecvent utilizată în schimbătoare de căldură și aplicații maritime datorită capacității sale de a tolera medii dificile, păstrând în același timp integritatea structurală. Deși prezintă avantaje majore față de gradele de titan pur, complexitatea prelucrării rămâne o problemă.
Gradul 23: aliaj de titan (Ti-6Al-4V ELI)
Gradul 23 este o variantă interstițială foarte scăzută a gradului 5, creată în principal pentru aplicații medicale în care biocompatibilitatea este esențială. Compoziția sa rafinată asigură o rezistență sporită la fractură, păstrând în același timp rezistența ridicată necesară pentru implanturile și dispozitivele chirurgicale. Datorită calităților sale unice, prelucrarea acestui grad necesită o atenție deosebită, însă rezultatul final este reprezentat de piese care îndeplinesc standarde medicale ridicate.
De ce să alegeți titanul pentru piesele de prelucrare CNC?
Alegerea titanului pentru piesele de prelucrare CNC oferă numeroase avantaje, făcându-l un material preferat în diverse industrii.
Raport excepțional rezistență/greutate
Deși este cu 5% mai slab decât oțelul, titanul are o greutate cu 40% mai mică. În aplicațiile aeronautice și auto, unde reducerea greutății este esențială pentru performanță și eficiență, această caracteristică permite producătorilor să dezvolte componente ușoare, dar puternice. Capacitatea de a menține o rezistență ridicată, minimizând în același timp masa, este un factor de schimbare în sectoarele axate pe performanță.
Rezistență ridicată la coroziune
Titanul este rezistent la coroziune, în special în situații extreme, cum ar fi prelucrarea marină și chimică. Pentru componentele care trebuie să tolereze circumstanțe dificile, titanul poate rezista la apa de mare, acizi și alte substanțe corozive fără să se deterioreze. Acest lucru prelungește durata de viață a pieselor și reduce cheltuielile de întreținere.
Biocompatibilitate
Implanturile și gadgeturile medicale utilizează titanul datorită biocompatibilității sale. Aplicațiile chirurgicale precum înlocuirile articulare și implanturile dentare sunt sigure, deoarece substanța nu reacționează cu țesutul uman. În domeniul sănătății, non-toxicitatea sa îl face mai potrivit.
Durabilitate și rezistență la oboseală
Rezistența la oboseală și durabilitatea titanului permit componentelor să supraviețuiască sarcinilor repetate fără defecțiuni. Componentele aerospațiale sunt supuse unor sarcini ciclice, ceea ce face ca această calitate să fie esențială. Componentele din titan sunt fiabile în aplicațiile esențiale, deoarece funcționează bine sub stres.
Proprietăți nemagnetice
Titanul este util și pentru că nu este magnetic, astfel încât poate fi utilizat în locuri în care perturbațiile magnetice ar putea fi o problemă. Această caracteristică este foarte utilă în mediile medicale (cum ar fi aparatele RMN) și în gadgeturile electronice care trebuie să controleze câmpurile magnetice.
Machinabilitate și formabilitate
Ti este dificil de fabricat din cauza conductivității sale termice limitate și a înclinației de a se întări, însă prelucrarea CNC l-a făcut mai ușor. Producătorii pot utiliza calitățile speciale ale titanului prin utilizarea mașinilor CNC pentru tăierea și toleranța geometriei complicate. Uneltele de tăiere, vitezele și sistemele de răcire adecvate pot reduce acumularea de căldură la prelucrare.
Sustenabilitatea mediului
Titanul este, de asemenea, extrem de reciclabil, ceea ce sporește atractivitatea sa ca opțiune de material responsabil față de mediu. Capacitatea de reciclare a titanului minimizează deșeurile și crește durabilitatea operațiunilor de producție.
Provocări de luat în considerare la prelucrarea titanului
Prelucrarea titanului implică diverse obstacole care pot împiedica procesul de fabricație. Înțelegerea acestor obstacole este esențială pentru obținerea unor rezultate CNC de înaltă calitate. Iată care sunt principalele provocări în prelucrarea titanului.
Acumularea de căldură
Conductivitatea termică limitată a titanului face ca căldura de prelucrare să se acumuleze la interfața instrument de tăiere-piesa de prelucrat. Acumularea de căldură poate accelera uzura sculei, scurta durata de viață a sculei și degrada calitatea suprafeței pieselor prelucrate. Căldura poate întări titanul, făcându-l mai greu de prelucrat dacă nu este tratat corespunzător. Utilizați sisteme de răcire de înaltă presiune și optimizați ratele de avans și vitezele fusului pentru a evita această problemă.
Forțe de tăiere ridicate
Pentru rezistența și duritatea lor, aliajele de titan necesită forțe de tăiere mari. Forțele mari pot provoca vibrații și deformări în timpul prelucrării, rezultând erori de produs și uzura sculelor. Operatorii de mașini trebuie să utilizeze suporturi de lucru robuste și unelte ascuțite specifice titanului pentru a depăși această problemă.
Reactivitate chimică
Titanul reacționează chimic la temperaturi ridicate. Această reactivitate poate provoca oxidarea suprafeței și deformarea, care lipește materialul de unealta de tăiere și o deteriorează. Oxigenul fragilizează aliajul de titan, diminuând rezistența la coroziune. Utilizarea fluidelor de tăiere adecvate și prelucrarea la temperaturi mai scăzute pot reduce aceste efecte.
Deformarea elastică
Titanul se deformează sub forțele de tăiere datorită modulului său de elasticitate mai mic decât al oțelului. Acest lucru poate face ca elementele subțiri să se îndoaie sau să se deformeze în timpul prelucrării, rezultând dimensiuni în afara toleranței. Pentru a rezolva această problemă, folosiți un suport de lucru rigid și parametri de tăiere care minimizează deformarea.
Built-Up Edge (BUE)
Prelucrarea titanului cauzează adesea acumularea sculei de tăiere. Așchiile de pe muchia de tăiere a sculei o tocesc și generează căldură. Prevenirea BUE și optimizarea condițiilor de tăiere necesită soluții de îndepărtare a așchiilor, cum ar fi aplicarea lichidului de răcire de înaltă presiune direct pe muchia de tăiere.
Chip Control
Cipurile lungi și subțiri de titan se pot înfășura în jurul utilajelor sau pot deteriora suprafețele prelucrate dacă nu sunt controlate corespunzător. Aceste așchii împiedică transferul de căldură departe de zona de lucru, agravând acumularea de căldură. Pentru a spori controlul așchiilor și a preveni deteriorarea, prelucrătorii trebuie să dezvolte proceduri de scule și de prelucrare care să încurajeze formarea unor așchii mai scurte.
Stresuri reziduale
Structura cristalină a titanului și întărirea la lucru pot cauza tensiuni reziduale în timpul prelucrării. Negestionarea acestor tensiuni poate cauza distorsiuni sau ruperi în produsul finit. Aplicarea tehnicilor de prelucrare care țin seama de aceste tensiuni, cum ar fi tăieturile mai adânci, poate fi de ajutor.
Tipuri pentru prelucrarea titanului Prelucrarea CNC
Deși titanul este foarte dificil de prelucrat, există încă multe industrii și designeri datorită numeroaselor sale beneficii.Pe baza anilor noștri de experiență în prelucrarea titanului, am rezumat următoarele lecții.
Selectarea uneltelor de tăiere adecvate
Utilizați scule specifice pentru titan, cum ar fi cele cu acoperiri TiCN sau TiAlN, pentru a îmbunătăți rezistența la căldură și a reduce uzura sculei.
Optimizarea parametrilor de tăiere
Utilizați viteze mai mici ale axului împreună cu viteze de avans crescute pentru a reduce generarea de căldură și a preveni întărirea piesei. Această strategie promovează integritatea sculei și prelungește durata de viață a acesteia.
Asigurați rigiditatea în configurare
Fixați bine piesa de prelucrat și utilizați unelte robuste pentru a reduce vibrațiile și devierea, care pot afecta luciul suprafeței și precizia dimensională.
Utilizați sisteme de răcire de înaltă presiune.
Folosiți lichid de răcire de înaltă presiune direct pe zona de tăiere pentru a disipa eficient căldura, a reduce daunele termice și a crește evacuarea așchiilor.
Finisaje de suprafață pentru piese din titan prelucrate
Componentele prelucrate din titan pot beneficia foarte mult de o varietate de procese de finisare a suprafeței care îmbunătățesc atât caracteristicile practice, cât și cele estetice. Iată câteva dintre cele mai frecvente tratamente de suprafață utilizate pe titan.
Polishare
Șlefuirea produce o suprafață netedă, reflectorizantă, care sporește aspectul estetic al componentelor din titan. Această metodă este foarte benefică în aplicațiile în care aspectul este important, cum ar fi bijuteriile și piesele de aeronave high-end. Detalii ale lustruirii titanului
Anodare
Anodizarea este o tehnică electrochimică care depune un strat protector de oxid pe suprafața titanului. Aceasta îmbunătățește rezistența la coroziune, permițând în același timp personalizarea culorii, ceea ce o face utilă în dispozitivele medicale și produsele de consum.
Spulberare cu margele
Sablarea cu margele sau sablarea cu jet de nisip produce un finisaj mat dur pe suprafețele de titan. Această abordare este frecvent utilizată pentru avantajele sale estetice, care pot contribui la creșterea rezistenței la zgârieturi.
Acoperire PPV (depunere fizică de vapori)
Acoperirile PVD, inclusiv nitrură de titan (TiN), îmbunătățesc duritatea și rezistența la uzură. Această metodă include depunerea unui strat subțire de material pe suprafața titanului, ceea ce poate îmbunătăți performanța în medii dificile.
Electropolisare
Electropoluarea crește finisajul suprafeței prin eliminarea unui strat mic de material, lăsând-o curată și strălucitoare. De asemenea, această procedură reduce microrugozitatea și crește rezistența la coroziune.
Acoperire cu pudră
Acoperirea cu pulbere produce un finisaj de lungă durată care poate fi aplicat într-o varietate de nuanțe. Este foarte util pentru îmbunătățirea aspectului și a rezistenței la coroziune a pieselor din titan utilizate în aplicații exterioare.
Chroming
Cromarea pune un strat de crom peste piesele din titan pentru a le face mai rezistente la rugină și pentru a le oferi un finisaj strălucitor. Acest proces este adesea utilizat pentru finisarea mașinilor și realizarea de decorațiuni.
Brushing
Periajul pieselor din titan le conferă un aspect unic și ajută la ascunderea zgârieturilor și a uzurii în timp, dând suprafeței un model liniar.
Pictură
Vopsirea suprafețelor de titan este o modalitate ușoară de a adăuga culoare și de a le proteja de deteriorări. De obicei, este utilizată pentru aspect, iar pentru a o aplica se pot utiliza tehnici diferite în funcție de finisajul dorit.
Aplicații ale pieselor prelucrate din titan
Datorită raportului ridicat rezistență/greutate, rezistenței la coroziune și biocompatibilității, piesele prelucrate din titan sunt esențiale pentru multe întreprinderi. Acestea pot fi utilizate într-o serie de domenii.
Industria aerospațială
Titanul este utilizat în aeronave pentru piese importante precum paletele compresoarelor, discurile, structurile fuselajului și trenul de aterizare, deoarece este puternic, dar nu prea greu. Pentru ca avioanele să funcționeze bine și să dureze mult timp, trebuie să fie capabile să facă față temperaturilor ridicate și coroziunii.
Domenii medicale și stomatologice
Titanul este un material popular pentru implanturile medicale, cum ar fi implanturile dentare, înlocuirile articulare și instrumentele chirurgicale, deoarece este biocompatibil și nu reacționează cu fluidele corporale. Utilizarea sa reduce șansele de refuz și garantează că implantul va rezista în organism.
Sectorul auto
Piesele prelucrate din titan sunt utilizate pentru piesele de motor, cum ar fi supapele și bielele, precum și pentru sistemele de evacuare, la mașinile performante și scumpe. Rezistența și ușurința materialului ajută mașina să funcționeze mai bine și să consume mai puțină benzină. (Sursa Wikipedia)
Aplicații marine
Titanul este un metal bun pentru uneltele marine, arborii elicelor și alte piese care vor fi expuse la condiții marine dure, deoarece nu ruginește. Acest lucru îl face fiabil și durabil.(Sursa Wikipedia)
Utilizări industriale
Piesele prelucrate din titan sunt utilizate în schimbătoare de căldură, supape și reactoare în prelucrarea chimică și producția de energie, deoarece pot face față mediilor corozive și temperaturilor ridicate, ceea ce menține siguranța și eficiența operațiunilor (sursa Wikipedia).
FAQS
Comparație cu alte materiale
Ti este mai greu de prelucrat decât alte materiale deoarece nu conduce bine căldura, este foarte puternic și tinde să se întărească, ceea ce înseamnă că aveți nevoie de unelte și metode speciale.
De ce este Titanul greu de prelucrat?
Lipsa conductivității termice face ca titanul să fie greu de prelucrat, deoarece se încălzește ușor.
Ce instrumente de tăiere sunt cele mai bune pentru titan?
Când vine vorba de tăierea titanului, uneltele din carbură cu finisaje de înaltă tehnologie, cum ar fi TiAlN sau TiCN, funcționează cel mai bine. Aceste unelte durează mult timp și ajută la menținerea căldurii la un nivel scăzut în timpul procesului de tăiere.
Ce procese de prelucrare sunt utilizate în mod obișnuit pentru titan?
Frezarea, tăierea, găurirea și șlefuirea sunt modalități obișnuite de a lucra cu titanul. Pentru a obține o prelucrare bună, menținând în același timp căldura și uzura sculei la un nivel minim, fiecare proces necesită un control atent al setărilor de tăiere.
Concluzie
Dacă vă pricepeți la aceste lucruri, prelucrarea CNC a titanului devine o metodă practică și eficientă de fabricare a pieselor durabile și precise pentru industria aerospațială, medicală și auto.
