Gia công hợp kim titanium nên chú ý những gì?

Gia công titan – Gia công hợp kim titanium nên chú ý những gì?

Hợp kim titan được dùng rộng rãi trong các ngành hàng không vũ trụ, hóa chất, hàng hải và oto. Do titan có đặc điểm:

• Trọng lượng nhẹ
• Độ cứng cao
• Khả năng chống ăn mòn
• Khả năng chống oxy hóa
• Khả năng duy trì độ bền ở nhiệt độ cao

Tuy nhiên, nhược điểm của hợp kim titan là:

• Dẫn nhiệt kém
• Phản ứng mạnh với vật liệu dụng cụ.
• Độ bền cao và mô đun đàn hồi thấp khiến chúng khó cắt vật liệu.

Các tính chất của gia công hợp kim titan

Với các tính chất cơ học toàn diện tuyệt vời, mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn tốt, hợp kim titan là vật liệu kim loại chiến lược có thể được sử dụng trong ngành công cụ cắt để phát triển các sản phẩm thời đại vũ trụ mới.

Môi trường gia công cần thiết cho hợp kim titan

Các hợp kim titan không cần bôi trơn trong quá trình gia công khô. Tuy nhiên, quá trình làm mát áp suất cao vẫn thường được sử dụng để đạt được hiệu quả làm mát tốt hơn.

Áp suất cao buộc chất làm nguội thấm vào vùng tiếp xúc giữa phôi và dụng cụ. Làm mát gián tiếp, nhúng chìm chung, xử lý rãnh kín và xử lý tăng cường nhiệt cho hợp kim titan ở nhiệt độ cao cũng có thể được sử dụng để giảm khối lượng lực cắt của chất làm mát cần thiết, làm cho nó thân thiện với môi trường hơn bằng cách giảm thiểu lượng bôi trơn trong môi trường xử lý.

1. Môi trường chế biến khô

Môi trường gia công khô là nơi không cần bôi trơn trong quá trình gia công. Ưu điểm là:

• Môi trường làm việc sạch hơn
• Các bộ phận sạch hơn
• Không tạo ra chất thải
• Giảm chi phí gia công
• Giảm chi phí tái chế phoi do không có dầu cặn.

2. Môi trường nước làm mát cao áp

Chất làm mát áp suất cao có thể thâm nhập vào khu vực tiếp xúc giữa phôi công cụ và chip dụng cụ, để đạt được hiệu quả làm mát tốt hơn. Điều này làm giảm hao mòn dụng cụ bằng cách bôi trơn vùng tiếp xúc.

Tia nước làm mát áp suất cao tạo thành một rào cản thủy lực giữa dụng cụ và phôi gia công. Nó sẽ xuyên qua giao diện để làm mát nhanh hơn, ngay cả ở tốc độ xử lý cao. Vòi phun chất làm mát cũng giúp loại bỏ phoi khỏi khu vực cắt.

3. Môi trường nhiệt độ thấp dưới chất bôi trơn nhiệt độ thấp

Chất bôi trơn ở nhiệt độ thấp như nitơ lỏng (LN₂), carbon dioxide (CO₂) hoặc các chất bôi trơn ở nhiệt độ thấp khác. Được bơm vào giữa chip và giao diện công cụ để làm mát khu vực cắt.

Các phương pháp ứng dụng làm mát ở nhiệt độ thấp bao gồm:

• Làm mát sơ bộ phôi
• Làm mát gián tiếp lưỡi dao
• Nhúng chìm chung
• Xử lý rãnh kín
• …

LN₂ hấp thụ nhiệt, bay hơi nhanh và tạo thành đệm khí lỏng giữa chip và bề mặt lưỡi, hoạt động như một chất bôi trơn.

LN₂ không độc hại, rẻ tiền và sạch sẽ. Nó loại bỏ hiệu quả nhiệt từ khu vực cắt và giảm thiểu hao mòn dụng cụ. Nó cũng có thể tạo ra ứng suất dư nén trên bề mặt gia công và cải thiện tuổi thọ mỏi của nó.

4. Môi trường xử lý tăng cường nhiệt

Trong môi trường này, vật liệu đang được xử lý được nung nóng ở nhiệt độ cao, do đó làm giảm độ bền của vật liệu.

Ứng suất chảy và tốc độ biến cứng của vật liệu giảm khi nhiệt độ tăng.

Mục đích của phương pháp này là tăng tỷ lệ loại bỏ vật liệu mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ của dụng cụ. Sự gia tăng nhiệt độ của phôi đạt được bằng cách đốt nóng bằng laser, plasma, khí hoặc cảm ứng.

Do đó, gia công hợp kim titan ở nhiệt độ cao có thể giảm lực cắt, loại bỏ chất làm mát và làm cho nó thân thiện với môi trường hơn. Ngoài ra, nó làm giảm rung động trong hệ thống cơ khí-công cụ do gia công phân đoạn.

Mức bôi trơn tối thiểu cho môi trường xử lý

Một hỗn hợp dầu và khí nén được cung cấp giữa các giao diện dụng cụ dưới dạng sương mù.

Các giọt dầu nhỏ mang theo không khí bay trực tiếp vào khu vực làm việc. Cung cấp khả năng làm mát và bôi trơn cần thiết.

Sương mù được tạo ra thông qua quá trình nguyên tử hóa.Qquá trình này chuyển đổi một lượng lớn chất lỏng thành dạng phun hoặc sương mù thông qua một vòi phun.

Phun bôi trơn làm giảm đáng kể nhiệt độ trong vùng cắt, do đó làm tăng tuổi thọ của dụng cụ.

Phân loại hợp kim titan

Theo đặc điểm của cấu trúc sau khi ủ, nó có thể được chia thành các hợp kim titan loại α, α β, β

1. Hợp kim titan loại α có mật độ thấp

Nó có độ bền nhiệt tốt và ổn định nhiệt. Hiệu suất hàn tốt và hiệu suất tốt ở nhiệt độ phòng. Nhiệt độ cực thấp và nhiệt độ cao, nhưng không thể tăng cường bằng cách xử lý nhiệt.

TiAl vẫn có độ bền cao ở 600 °C và có hiệu suất tốt về đặc tính rão, ổn định nhiệt, đặc tính mỏi và độ bền đứt gãy. Nó thường được sử dụng trong sản xuất đĩa và cánh tuabin động cơ phản lực.

2. Hợp kim song công hợp kim titan loại α β

Cấu trúc ổn định và độ dẻo dai. Độ dẻo và các đặc tính biến dạng ở nhiệt độ cao được cải thiện với sự gia tăng của các phần tử ổn định pha β. Nó có khả năng gia công ép nóng tốt, có thể được làm nguội và ủ để tăng cường hợp kim.

Sức mạnh sau khi xử lý nhiệt cao hơn khoảng 50% đến 100% so với ở trạng thái ủ.

Nó có khả năng chịu nhiệt độ cao và có thể hoạt động trong thời gian dài ở nhiệt độ 400 ~ 500°C. Nhưng độ ổn định nhiệt của nó kém hơn so với hợp kim titan α.

Trong số các hợp kim titan loại β, Ti-6Al-4V được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các hợp kim titan. Sản lượng của nó ở Hoa Kỳ chiếm hơn một nửa sản lượng hợp kim titan.

Với các đặc tính cơ học toàn diện tuyệt vời và khả năng gia công, nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận hàng không vũ trụ, chẳng hạn như ứng dụng cánh quạt động cơ aero hợp kim titan.

3. Hợp kim titan loại β

Hợp kim beta titan là hợp kim một pha bao gồm dung dịch rắn pha beta. 

Sức mạnh của nó ở nhiệt độ phòng cao, và khả năng xử lý nguội và tạo hình lạnh của nó rất mạnh.

Nó có độ bền cao mà không cần xử lý nhiệt. Sau khi làm nguội và lão hóa, độ bền của hợp kim được tăng cường hơn nữa và độ bền ở nhiệt độ phòng có thể đạt tới 1372 ~ 1666MPa.

Tuy nhiên, độ ổn định nhiệt của nó kém nên không được sử dụng ở nhiệt độ cao.

Các tính năng của gia công hợp kim titan

• Hợp kim titan có tính dẫn nhiệt kém nên là vật liệu dẫn nhiệt kém.
• Vì độ dẫn nhiệt của nó thấp nên nhiệt lượng cao sinh ra trong quá trình xử lý không thể được khuếch tán một cách hiệu quả.
• Chiều dài tiếp xúc giữa lưỡi cắt và phoi của dụng cụ ngắn nên một lượng nhiệt lớn tích tụ trên lưỡi cắt.
• Nhiệt độ tăng mạnh, dẫn đến giảm độ cứng màu đỏ của lưỡi cắt, làm mềm lưỡi cắt và mài mòn dụng cụ nhanh hơn.

Áp lực của hợp kim titan lớn, dẫn đến việc dính chặt vào dụng cụ cắt trong quá trình gia công. Điều này làm tăng ma sát giữa thân dụng cụ và phôi, tạo ra nhiều nhiệt, làm giảm tuổi thọ của dụng cụ.

• Khi nhiệt độ làm việc tăng, hoạt tính hóa học tăng, làm cho hợp kim dễ dàng phản ứng với O, N, CO, CO₂, H₂O,… trong không khí.
• Khi hàm lượng các nguyên tố xen kẽ O và N tăng lên, bề mặt phôi bị oxy hóa và cứng lại, gây khó khăn cho quá trình gia công.
• Lực cắt cần thiết của dụng cụ tăng lên, làm tăng ứng suất trên mũi dao.
• Ma sát tăng lên giữa mặt cào và sườn của dụng cụ và phôi gia công dẫn đến lưỡi dao bị mòn hoặc xẹp nhanh chóng.

Do hệ số biến dạng của hợp kim titan cũng thấp và diện tích tiếp xúc giữa dụng cụ và phoi trong quá trình cắt nhỏ. Ma sát cao giữa phôi và mặt cào cũng sẽ làm tăng nhiệt độ cắt và đẩy nhanh quá trình mài mòn mặt cào của dụng cụ.

Các phương pháp xử lý khác nhau tạo ra những khó khăn xử lý khác nhau đối với hợp kim titan. Độ khó của các quá trình gia công, xếp từ dễ đến khó là: tiện, phay, khoan, mài và khoan lỗ sâu đường kính nhỏ.

Vật liệu dụng cụ để gia công hợp kim titan

• Chi phí xử lý hợp kim titan cao là lý do chính cản trở việc sử dụng rộng rãi của nó.
• Tìm kiếm một phương pháp xử lý hiệu quả cao và chi phí thấp đã trở thành một chủ đề nóng trong nghiên cứu hợp kim titan ngày nay.
• Việc lựa chọn vật liệu có ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý hợp kim titan.
• Vật liệu dụng cụ lý tưởng cho hợp kim titan phải có các đặc tính kết hợp của độ cứng nhiệt cao, độ bền tốt, chống mài mòn, độ dẫn nhiệt cao và hoạt tính hóa học thấp.
• Dụng cụ này cũng phải có khả năng chống va đập tốt khi phay.
• Vật liệu dụng cụ chính được sử dụng để gia công hợp kim titan trong sản xuất hiện nay là cacbua xi măng, kim cương đa tinh thể (PCD), nitrua boron khối đa tinh thể (PCBN), v.v.
• Các công cụ PCD và cacbua xi măng được coi là lý tưởng để gia công hợp kim titan.

Nguyên lý cắt của cắt hợp kim titan

1. Cắt nhanh:

Tốc độ cắt ảnh hưởng đến nhiệt độ của lưỡi cắt. Điều này có thể dẫn đến tình trạng quá nhiệt của lưỡi cắt, gây mài mòn và liên kết nghiêm trọng cho lưỡi cắt.

Do đó, để đảm bảo độ bền của dụng cụ cao hơn, nên chọn tốc độ cắt phù hợp để giảm chi phí và đảm bảo chất lượng gia công.

2. Độ sâu tiến dao và lượng vượt qua

Việc thay đổi số lượng đường chuyền ít ảnh hưởng đến nhiệt độ. Do đó, việc giảm độ sâu cắt và tăng số lượng đường chuyền là hợp lý.

Tuy nhiên, để tránh lớp oxit cứng và lớp lỗ rỗng dưới da. Độ sâu của vết cắt phải chạm đến lớp kim loại không bị oxy hóa của chất nền. Điều này sẽ cải thiện tuổi thọ của công cụ.

3. Hình học công cụ:

Khi cắt hợp kim titan, việc lựa chọn các thông số hình học như:

• Góc cào
• Góc nghiêng phù hợp với phương pháp gia công
• Xử lý đầu dao đúng cách sẽ có tác động quan trọng đến hiệu quả cắt và tuổi thọ của dao.

Khi tiện, để cải thiện điều kiện tản nhiệt và tăng cường sức mạnh cho lưỡi cắt. Góc cào thường là 5°~9°.

Để khắc phục ma sát gây ra bởi lò xo. Mặt sườn của thân máy cắt thường là 10°~15°.

Khi khoan, bằng cách:

• Rút ngắn chiều dài của mũi khoan
• Tăng độ dày của lõi khoan và lượng côn dẫn hướng
• Độ bền của mũi khoan có thể được cải thiện nhiều lần.

4. Lực kẹp

Hợp kim titan dễ biến dạng nên lực kẹp không được quá lớn. Đặc biệt trong quá trình hoàn thiện, nên chọn hỗ trợ phụ trợ nhất định.

5. Chất lỏng cắt

Chất lỏng cắt gọt là chất bôi trơn quy trình không thể thiếu trong quá trình gia công hợp kim titan. Tuy nhiên chất lỏng cắt gọt có chứa clo hoặc các nguyên tố halogen khác và lưu huỳnh có thể ảnh hưởng xấu đến tính chất cơ học của hợp kim titan.

Qua bài viết trên, Công ty Vũ Tấn mong rằng phần nào đã giúp Quý khách hàng, quý đổi tác có thêm những kiến thức về gia công titan. Vũ Tấn tự hào là một trong những đơn vị cung cấp vật tư titan và gia công titan trên thị trường suốt từ năm 2014 đến nay. Các sản phẩm chúng tôi cung cấp luôn đảm bảo các tiêu chí:

• Chất lượng
• Hóa đơn, chứng từ đầy đủ
• Tư vấn tận tình
• Giá cả cạnh tranh
• Gia công nhanh, chính xác
• Giao hàng toàn quốc.

Quý khách hàng cần mua Vật tư titan hoặc Gia công titan, xin vui lòng liên hệ:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI KỸ THUẬT VŨ TẤN

Địa chỉ: 118/48/33 Đường Liên khu 5-6, Phường Bình Hưng Hòa B, Quận Bình Tân, Tp HCM

Mail: info@vutanco.com

Điện thoại: 0909930075 – 0932630089