คุณสมบัติของวัสดุโลหะผสมไททาเนียมและลักษณะการเจียร

ในปี 1956 McGevellen สร้างความแตกต่างอย่างเข้มงวดระหว่างโลหะผสมไททาเนียมโดยพิจารณาจากความแตกต่างในสถานะการหลอมและระบุประเภทที่แตกต่างกันซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามประเภท: α βและα + βและโลหะผสมไททาเนียมอีกสามประเภท...

1 การจําแนกประเภทของโลหะผสมไททาเนียม

ในปี 1956 McGevellen สร้างความแตกต่างอย่างเข้มงวดระหว่างโลหะผสมไททาเนียมโดยพิจารณาจากความแตกต่างในสถานะการหลอมและระบุประเภทที่แตกต่างกันซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามประเภท: α βและα + βและโลหะผสมไททาเนียมอีกสามประเภท

TC4 (Ti-6Al-4V) เป็นของโครงสร้างเฟส α + β ซึ่งเป็นโลหะผสมไททาเนียมที่มีปริมาณมากที่สุดและโลหะผสมไททาเนียมที่มีข้อมูลประสิทธิภาพที่สมบูรณ์ที่สุด อลูมิเนียมและวาเนเดียมเป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลักที่มีอยู่ใน TC4 (Ti-6Al-4V) , อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบที่ทําให้เสถียรอัลฟา, และวาเนเดียมเป็นองค์ประกอบที่ทําให้เสถียรเบต้า.

2 ลักษณะเทคโนโลยีการประมวลผล

โลหะผสมไททาเนียม TC4 นั้นยากต่อการประมวลผล กระบวนการที่ครอบคลุมของไททาเนียมและไททาเนียมอัลลอยนั้นแตกต่างจากเหล็กอลูมิเนียมอัลลอยด์และโลหะหนักจํานวนมากในแง่ของโครงสร้างผลึกคุณสมบัติทางกายภาพและคุณสมบัติทางเคมี ปัจจัยสามประการต่อไปนี้กําหนดโลหะผสมไททาเนียมเป็นโลหะแข็งที่จะทํางานด้วย.

(1) เนื่องจากความไม่แน่นอนขององค์ประกอบทางเคมี โลหะผสมไททาเนียม TC4 จะทําปฏิกิริยาทางเคมีกับออกซิเจนและไนโตรเจนภายใต้การเปลี่ยนรูปทางความร้อนและแม้กระทั่งทําปฏิกิริยาทางเคมีกับก๊าซที่มีออกซิเจนบางชนิดและปฏิกิริยาจะก่อให้เกิดผิวหนังออกไซด์ที่ติดอยู่กับพื้นผิวของชิ้นงาน หากอุณหภูมิสูงขึ้นจะสูงถึง 900 °Cในกรณีข้างต้นมาตราส่วนออกไซด์ที่ติดอยู่กับพื้นผิวของชิ้นงานจะผลิตเกล็ดเพื่อให้องค์ประกอบออกซิเจนและไนโตรเจนมีแนวโน้มที่จะแทรกซึมและกระจายเข้าไปในโลหะและในที่สุดชั้น gettering พื้นผิวจะเกิดขึ้น ความแข็งที่สูงขึ้นและความเป็นพลาสติกที่ต่ํากว่าเป็นลักษณะของชั้น getter นี้

(2) ประสิทธิภาพของซีเมนต์ในโครงสร้างโลหะเป็นของสารประกอบ Fe-C ที่ซับซ้อนความแข็งของวิคเกอร์สามารถเข้าถึง HV1100 ได้สูงสุดและความเหนียวของแรงกระแทกแทบจะไม่มีเลย

(3) การนําความร้อนไม่สูง: หากเปรียบเทียบการนําความร้อนของโลหะผสมไททาเนียมกับโลหะผสมอื่น ๆ เช่นอลูมิเนียมอัลลอยด์จะเป็นเพียงประมาณ 1/15 ของโลหะผสมอลูมิเนียมและประมาณ 1/5 ของเหล็ก การนําความร้อนและการนําความร้อนของโลหะผสมไททาเนียมนั้นต่ํากว่าโลหะผสมอลูมิเนียมและเหล็กมาก พวกเขาเป็นเพียงประมาณ 1/15 ของบรรดาโลหะผสมอลูมิเนียมและประมาณ 2/7 ของบรรดาเหล็ก ผลกระทบต่อคุณภาพการประมวลผลพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียมบางชิ้นมีขนาดค่อนข้างใหญ่

3 ลักษณะการเจียร

เนื่องจากโลหะผสมไททาเนียมมีคุณสมบัติของวัสดุเช่นความแข็งแรงสูงเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงกิจกรรมทางเคมีสูงการนําความร้อนต่ําและโมดูลัสยืดหยุ่นต่ําจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะบดและเป็นหนึ่งในวัสดุที่ยากที่สุดในการประมวลผล ด้วยวิธีนี้ช่วงการส่งเสริมและการใช้งานมี จํากัด มากเนื่องจากประสิทธิภาพการบดของโลหะผสมไททาเนียมนั้นแย่มากและมีปัญหาดังกล่าวและอื่น ๆ ในการบด

ลักษณะการเจียรหลักของโลหะผสมไททาเนียม TC4 มีดังนี้:

(1) ปัญหาการยึดเกาะของล้อเจียรนั้นร้ายแรง โลหะผสมไททาเนียมยึดติดกับพื้นผิวของล้อเจียรและพื้นผิวพันธะก็เหมือนควัน เหตุผลหลักคือวัสดุที่เกาะติดหลุดออกมาในระหว่างกระบวนการเจียรซึ่งจะทําให้อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแตกและหลุดออกมาซึ่งจะทําให้ล้อเจียรเสียหายอย่างรุนแรงในที่สุด

(2) แรงบดมีขนาดใหญ่และอุณหภูมิการเจียรสูง ในระหว่างการทดสอบการเจียรเม็ดเดียวพบว่าเมื่อบดโลหะผสมไททาเนียมกระบวนการเลื่อนคิดเป็นสัดส่วนที่มากและเวลาในการสัมผัสระหว่างเมล็ดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและชิ้นงานนั้นสั้นมากส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานอย่างรุนแรงและการเสียรูปยืดหยุ่นและพลาสติกอย่างรุนแรงจากนั้นโลหะผสมไททาเนียมจะถูกบดเป็นชิปซึ่งสร้างความร้อนจากการบดจํานวนมาก ในเวลานี้อุณหภูมิการเจียรสามารถเข้าถึงได้ถึงประมาณ 1500 °C

(3) การเจียรจะผลิตชิปแบบเรียงซ้อนซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการเสียรูปที่ซับซ้อน ชิปรูปวงส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อบดเหล็ก 45 ด้วยล้อเจียรคอรันดัมสีขาว (WA60KV) และชิปอัดรีดลามิเนตส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นเมื่อบดโลหะผสมไททาเนียมด้วยล้อเจียรซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว (GC46KV)

(4) ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงกิจกรรมทางเคมีของโลหะผสมไทเทเนียม TC4 นั้นค่อนข้างกระฉับกระเฉงและง่ายต่อการทําปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับออกซิเจนไนโตรเจนไฮโดรเจนและองค์ประกอบอื่น ๆ ในอากาศเพื่อสร้างวัสดุแข็งเปราะเช่นไทเทเนียมไดออกไซด์ไทเทเนียมไนไตรด์และไททาเนียมไฮไดรด์ ชั้นแปรสภาพซึ่งนําไปสู่การลดลงของความเป็นพลาสติกของ TC4

(5) ในกระบวนการบดโลหะผสมไททาเนียมจะได้รับผลกระทบจากปัญหาที่แก้ไขได้ยากส่วนใหญ่เป็นเพราะความร้อนจากการเจียรที่นําเข้าสู่ชิ้นงานนั้นส่งออกได้ยากและง่ายต่อการเปลี่ยนรูปชิ้นงานเผาและทําให้เกิดรอยแตก จะมีระดับความหยาบกร้านที่แตกต่างกัน

4. นวัตกรรมเทคโนโลยีการเจียร

4.1 มาตรการยับยั้งการบดเพื่อป้องกันรอยไหม้และรอยแตกจากการเจียร

มีปัญหาบางอย่างเมื่อใช้ล้อเจียรในการประมวลผลโลหะผสมไททาเนียม TC4 สิ่งที่ร้ายแรงกว่าคือปรากฏการณ์การยึดเกาะ เนื่องจากความเร็วสูงแรงบดและอุณหภูมิค่อนข้างสูงซึ่งจะเผาไหม้พื้นผิวและทําให้เกิดรอยแตก Ren Jingxin และคนอื่น ๆ ได้ทําการวิจัยทดลองเพื่อลดปรากฏการณ์ของการเผาไหม้และรอยแตกในระหว่างการประมวลผล พวกเขารู้สึกว่าสามารถใช้ล้อเจียรที่นุ่มกว่าได้ เช่น ล้อเจียรซิลิกอนคาร์ไบด์หรือซีเรียมซิลิกอนคาร์ไบด์แทนล้อเจียรคอรันดัม และใช้ล้อเจียรคอรันดัม พันธะเรซินในขณะที่อดีตใช้พันธะเซรามิก และพารามิเตอร์การประมวลผลควรให้ความสนใจเช่นความเร็วของล้อเจียรไม่ควรเร็วเกินไปการวิเคราะห์เชิงทดลองไม่ควรเกิน 20 เมตรต่อวินาทีความลึกของการเจียรไม่ควรมากเกินไปไม่เกิน 0.02 มม. และต้องใช้ความเร็วในการเคลื่อนที่ของชิ้นงานด้วย ประมาณ 12-16 ภายในไม่กี่นาทีน้ํามันเจียรจะต้องไม่เพียง แต่กระจายความร้อนได้ดี แต่ยังเน้นผลการหล่อลื่นซึ่งสามารถยับยั้งการเกิดพันธะได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากเป็นการเจียรแบบแห้งน้ํามันหล่อลื่นสามารถแช่ด้วยสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งได้ ล้อเจียรซึม

4.2 ปรากฏการณ์การเกาะติดล้อเจียรในการเจียรโลหะผสมไททาเนียมและมาตรการปราบปราม

เนื่องจากอุณหภูมิการเจียรสูงและแรงปกติขนาดใหญ่ในกระบวนการบดของโลหะผสมไททาเนียมการเสียรูปพลาสติกอย่างรุนแรงจะเกิดขึ้นในโลหะผสมไททาเนียมในเขตบดและการสัมผัสทางกายภาพระหว่างสารกัดกร่อนและโลหะจะเกิดขึ้น หรือการดูดซับสารเคมีทําให้เกิดผลพันธะ การถ่ายโอนโลหะไปยังพื้นดินไปยังอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนนั้นเกิดจากอิทธิพลของแรงเฉือนซึ่งนําไปสู่พันธะของล้อเจียร ในที่สุดเมล็ดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนก็แตก เมื่อแรงบดเกินแรงยึดเหนี่ยวระหว่างเมล็ดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเมล็ดขัดและพันธะจะถูกลอกออกจากล้อเจียร

4.3 การเจียรความเร็วสูงและมีประสิทธิภาพสูง

นักวิชาการบางคนได้ดําเนินการบดวัสดุโลหะผสมไททาเนียม TC4 ความเร็วสูงและมีประสิทธิภาพสูงบนเครื่องบดความเร็วสูงพิเศษที่ออกแบบและผลิตโดยศูนย์วิจัยเทคโนโลยีวิศวกรรมการเจียรประสิทธิภาพสูงแห่งชาติของมหาวิทยาลัยหูหนาน ในการวิจัยได้มีการวิเคราะห์กฎอิทธิพลของแรงบดต่อหน่วยพื้นที่และพลังงานการบดจําเพาะโดยปริมาณการบด หากความเร็วเชิงเส้นเทียบกับของล้อเจียรเพิ่มขึ้นแรงบดต่อหน่วยพื้นที่จะลดลงอย่างมีนัยสําคัญ แต่ถ้าความเร็วของตาราง vw และความลึกของการเจียรเพิ่มขึ้นแรงบดต่อหน่วยพื้นที่จะเพิ่มขึ้น เมื่อความเร็วเชิงเส้นของล้อเจียรเทียบกับเพิ่มขึ้น, พลังงานการเจียรเฉพาะจะเพิ่มขึ้น, แต่เมื่อความเร็วของตาราง vw และความลึกของการเจียรเพิ่มขึ้น, พลังงานการเจียรจําเพาะจะลดลง.