Titanverarbeitung: Anfangseigenschaften des Materials, Schwierigkeiten und Arten der Verarbeitung, Funktionsprinzip, Techniken und Empfehlungen von Spezialisten

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Heute gibt es eine Gruppe von Metallen, für die es notwendig ist, besondere Bedingungen zu schaffen, bevor man mit ihnen arbeitet. Die Bearbeitung von Titan fällt in diese Kategorie von Arbeiten. Alle Schwierigkeiten und Merkmale des Prozesses sind darauf zurückzuführen, dass sich dieses Material durch eine erhöhte Härte auszeichnet.

Beschreibung

Titan zeichnet sich dadurch aus, dass es sehr stark ist, eine silbrige Farbe hat und auch extrem widerstandsfähig gegen den Rostprozess ist. Dadurch, dass sich auf der Oberfläche des Metalls ein Film aus TiO_{2 bildet, weist es eine gute Beständigkeit gegen alle äußeren Einflüsse auf. Lediglich der Einfluss von Stoffen, die in ihrer Zusammensetzung Alkali enth alten, kann die Eigenschaften von Titan negativ beeinflussen. Bei Kontakt mit diesen Chemikalien verliert das Rohmaterial seine Festigkeitseigenschaften.}

Aufgrund der hohen Festigkeit des Produkts ist es beim Drehen von Titan erforderlich, ein ultrahartes Legierungswerkzeug und andere besondere Bedingungen bei der Arbeit an einer CNC-Drehmaschine zu verwenden.

Was muss ich bei der Verarbeitung beachten?

Sollte mit Titan gearbeitet werden müssen, sind folgende Eigenschaften zu berücksichtigen:

• Der erste ist kleben. Die Bearbeitung von Titan mit einer Drehmaschine erzeugt hohe Temperaturen, wodurch das Material schmilzt und am Schneidwerkzeug haftet.
• Bei der Verarbeitung entsteht auch feiner Staub. Es kann explodieren, daher ist es sehr wichtig, alle Sicherheitsvorschriften während des Betriebs strikt einzuh alten.
• Um den hochqualitativen Schneidprozess solch hochbelastbarer Metalle durchzuführen, wird ein Werkzeug benötigt, das den entsprechenden Modus bereitstellen kann.
• Außerdem ist es notwendig, ein spezielles Werkzeug zum Schneiden auszuwählen, da Titan sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet.

Nachdem die Titanbearbeitung abgeschlossen ist, wird das fertige Teil normalerweise erhitzt, danach lässt man es im Freien abkühlen. Dadurch entsteht auf der Materialoberfläche ein Schutzfilm, der oben beschrieben wurde.

Klassifizierung der Verarbeitungsverfahren

Um solche Rohstoffe zu schneiden, benötigt man ein Spezialwerkzeug sowie eine CNC-Drehmaschine. Der Prozess selbst ist in mehrere Arbeitsgänge unterteilt, von denen jeder nach seiner eigenen Technologie durchgeführt wird.

Die Operationen selbst können grundlegend, mittel oder vorläufig sein.

Bei der Bearbeitung von Titan auf Maschinen müssen Sie bedenken, dass zu diesem Zeitpunkt Vibrationen auftreten. Um teilweiseUm dieses Problem zu lösen, können Sie das Werkstück mehrstufig befestigen und dies auch so nah wie möglich an der Spindel. Um den Temperatureinfluss auf den Zerspanungsprozess zu reduzieren, empfiehlt sich der Einsatz von unbeschichteten Feinkorn-Hartmetallfräsern und speziellen PVD-Schneidplatten. Dabei ist zu beachten, dass bei der spanenden Bearbeitung von Titan 85 bis 90 % der gesamten Energie in Wärme umgewandelt werden, die von den Spänen, dem zu bearbeitenden Werkstück, den Schneidwerkzeugen und der Flüssigkeit aufgenommen wird das zum Kühlen gedacht ist. Normalerweise erreicht die Temperatur im Arbeitsbereich 1000-1100 Grad Celsius.

Verarbeitungsparameter anpassen

Bei der Verarbeitung eines so strapazierfähigen Materials müssen drei Hauptparameter berücksichtigt werden:

• Befestigungswinkel des Arbeitswerkzeugs;
• Vorschub;
• Schnittgeschwindigkeit.

Wenn Sie diese Parameter anpassen, können Sie damit die Verarbeitungstemperatur ändern. Unter verschiedenen Verarbeitungsmodi werden unterschiedliche Parameter dieser Eigenschaften beobachtet.

Bei einer Vorbehandlung mit einem Schnitt der oberen Schicht bis 10 mm ist eine Zugabe von 1 mm zulässig. Um in diesem Modus zu arbeiten, werden normalerweise die folgenden Parameter eingestellt. Erstens beträgt der Befestigungswinkel 3 bis 10 mm, und zweitens beträgt die Vorschubgeschwindigkeit 0,3 bis 0,8 mm und die Schnittgeschwindigkeit ist auf 25 m/min eingestellt.

Eine Zwischenvariante der Titanbearbeitung beinh altet das Abtrennen der obersten Schicht von 0,5 bis 4 mm, sowie das Bilden einer gleichmäßigen Schicht von 1 mm Zugabe. Befestigungswinkel 0,5-4 mm, Vorschubmaß 0,2-0,5 mm, Vorschubgeschwindigkeit 40-80 m/min.

Die Hauptbearbeitungsmöglichkeit ist das Entfernen einer Schicht von 0,2-0,5 mm, sowie das Entfernen von Zugaben. Die Arbeitsgeschwindigkeit beträgt 80-120 m/min, der Befestigungswinkel 0,25-0,5 mm und die Vorschubgeschwindigkeit 0,1-0,4 mm.

Ganz wichtig ist hier noch anzumerken, dass die Bearbeitung von Titan auf solchen Anlagen immer nur unter Zuführung einer speziellen Kühlemulsion erfolgt. Die Substanz wird dem Arbeitswerkzeug unter Druck zugeführt. Dies ist notwendig, um einen normalen Temperaturbetrieb herzustellen.

Verarbeitungstool

Die Anforderungen an das Materialbearbeitungswerkzeug sind recht hoch. Meistens erfolgt die Bearbeitung von Titan und Legierungen mit Fräsern mit abnehmbaren Köpfen, die auf CNC-Maschinen installiert sind. Im Betrieb ist das Arbeitswerkzeug abrasivem, adhäsivem und diffusem Verschleiß ausgesetzt. Besonderes Augenmerk sollte auf den diffusen Verschleiß gelegt werden, da zu diesem Zeitpunkt der Auflösungsprozess sowohl des Schneidstoffs als auch des Titanrohlings stattfindet. Diese Prozesse sind am aktivsten, wenn die Temperatur im Bereich von 900 bis 1200 Grad Celsius liegt.

Werkzeuganforderungen

Ein Merkmal der Titanbearbeitung ist auch, dass je nach gewählter Betriebsart ein Bearbeitungswerkzeug ausgewählt werden muss.

Um im vorläufigen Modus zu arbeiten, sind die am häufigsten verwendeten Einsätze rund oder quadratisch iC19. Diese Platten bestehen aus einer speziellen Legierung, die mit H13A gekennzeichnet ist und keine Beschichtung hat.

Um Titan erfolgreich intermediär zu bearbeiten, ist es bereits erforderlich, nur runde Wendeschneidplatten aus der gleichen Legierung H13A oder aus der Legierung GC1155 mit PDV-Beschichtung zu verwenden.

Für die schonendste, grundlegende Bearbeitungsmethode werden Runddüsen mit schleifenden Schneiden verwendet, die aus den Legierungen H13A, GC 1105, CD 10 bestehen.

Es ist wichtig hinzuzufügen, dass bei der Bearbeitung auf CNC-Drehmaschinen die kleinste Abweichung von der in der Leistungsbeschreibung festgelegten Form des Teils zulässig ist. Meistens weisen Elemente aus einer solchen Legierung überhaupt keine Abweichungen von der Norm auf.

Hauptverarbeitungsproblem

Das Hauptproblem bei der Verarbeitung dieses Rohmaterials ist das Festkleben und Scheuern am Werkzeug. Aus diesem Grund ist die Wärmebehandlung von Titan sehr schwierig. Außerdem werden viele Probleme dadurch verursacht, dass das Metall eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit hat. Aufgrund der Tatsache, dass andere Metalle Hitze viel schwächer widerstehen, bilden sie in Kontakt mit Titan meistens eine Legierung. Dies ist der Hauptgrund für schnellen Werkzeugverschleiß. Um das Scheuern und Kleben etwas zu reduzieren und einen Teil der erzeugten Wärme abzuleiten, empfehlen Experten Folgendes:

• Zunächst müssen Sie Kühlmittel verwenden;
• zweitens beim SchärfenWerkstücke, z. B. sollten Werkzeuge aus den gleichen hochfesten Materialien verwendet werden;
• drittens wird bei der Verarbeitung von Rohstoffen mit Cuttern die Geschwindigkeit deutlich reduziert, um die Hitze zu reduzieren.

Oxidation und Nitrierung von Titan

Es lohnt sich, mit dem Nitrieren von Titan zu beginnen, da diese Art der Behandlung wesentlich schwieriger ist als das Oxidieren. Der technologische Prozess ist wie folgt. Das Titanprodukt wird auf 850-950 Grad Celsius erhitzt, danach muss das Teil mehrere Tage lang in eine Umgebung mit reinem Stickstoffgas gebracht werden. Danach bildet sich aufgrund chemischer Reaktionen, die in diesen Tagen stattfinden, ein Film aus Titannitrid auf der Oberfläche des Elements. Wenn alles gut gelaufen ist, erscheint auf dem Titan ein goldfarbener Film, der sich durch erhöhte Festigkeit und Abriebfestigkeit auszeichnet.

Was die Oxidation von Titan betrifft, so ist das Verfahren weit verbreitet und gehört wie das vorige zur Wärmebehandlung von Titan. Der Beginn des Prozesses unterscheidet sich nicht vom Nitrieren, das Teil muss auf eine Temperatur von 850 Grad Celsius erhitzt werden. Der Abkühlungsprozess erfolgt jedoch nicht allmählich und in einem gasförmigen Medium, sondern schlagartig und unter Verwendung einer Flüssigkeit. Somit ist es möglich, einen Film auf der Oberfläche von Titan zu erh alten, der fest damit verbunden wird. Das Vorhandensein dieser Art von Film auf der Oberfläche führt zu einer 15- bis 100-fachen Erhöhung der Festigkeit und Abriebfestigkeit.

Verbindungsteile

In einigen Fällen sind Titanprodukte Teil eines großenEntwürfe. Dies deutet darauf hin, dass verschiedene Materialien miteinander verbunden werden müssen.

Um Produkte aus diesem Rohstoff zu verbinden, werden im Wesentlichen vier Verfahren angewendet. Das Hauptverfahren ist das Schweißen, es wird auch das Löten verwendet, eine mechanische Verbindungsmethode unter Verwendung von Nieten und Schraubverbindungen. Bis heute ist das Hauptverarbeitungsverfahren zum Verbinden von Produkten zu einer Struktur das Schweißen in einer Inertgasumgebung oder mit speziellen sauerstofffreien Flussmitteln.

Wie beim Löten wird diese Methode nur verwendet, wenn das Schweißen unmöglich oder unpraktisch ist. Dieser Vorgang wird durch einige chemische Reaktionen erschwert, die beim Löten auftreten. Um eine mechanische Verbindung mit Bolzen oder Nieten herzustellen, müssen Sie ebenfalls ein spezielles Material verwenden.