Χαρακτηριστικά και ιδιότητες υλικών τιτανίου και κραμάτων τιτανίου
Το τιτάνιο και τα κράματα τιτανίου έχουν πολλές εξαιρετικές ιδιότητες, που αντικατοπτρίζονται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:
1. Υψηλή αντοχή. Το κράμα τιτανίου έχει υψηλή αντοχή, η αντοχή του σε εφελκυσμό είναι 686-1176MPa και η πυκνότητά του είναι μόνο περίπου το 60% του χάλυβα, επομένως η ειδική του αντοχή είναι πολύ υψηλή.
2. Υψηλή σκληρότητα. Η σκληρότητα HRC του κράματος τιτανίου (ανοπτημένη κατάσταση) είναι 32-38.
3. Χαμηλός συντελεστής ελαστικότητας. Ο συντελεστής ελαστικότητας του κράματος τιτανίου (ανοπτημένη κατάσταση) είναι 1,078×10-1,176×10MPa, που είναι περίπου το μισό από αυτόν του χάλυβα και του ανοξείδωτου χάλυβα.
4. Εξαιρετική απόδοση υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας. Σε υψηλές θερμοκρασίες, τα κράματα τιτανίου μπορούν ακόμα να διατηρήσουν καλές μηχανικές ιδιότητες, η αντοχή τους στη θερμότητα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των κραμάτων αλουμινίου και το εύρος θερμοκρασίας χρήσης τους είναι ευρύ. Επί του παρόντος, η θερμοκρασία λειτουργίας των νέων ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων τιτανίου μπορεί να φτάσει τους 550-600 βαθμούς . σε χαμηλές θερμοκρασίες, η αντοχή των κραμάτων τιτανίου βελτιώνεται σε σύγκριση με τις κανονικές θερμοκρασίες και έχουν καλή σκληρότητα. Τα κράματα τιτανίου σε χαμηλή θερμοκρασία μπορούν ακόμα να διατηρήσουν καλή σκληρότητα σε -253 βαθμό .
5. Το τιτάνιο έχει ισχυρή αντοχή στη διάβρωση. Σε αέρα κάτω από 550 μοίρες, μια λεπτή και πυκνή μεμβράνη οξειδίου θα σχηματιστεί γρήγορα στην επιφάνεια του τιτανίου. Ως εκ τούτου, η αντοχή του στη διάβρωση σε οξειδωτικά μέσα όπως η ατμόσφαιρα, το θαλασσινό νερό, το νιτρικό οξύ και το θειικό οξύ, τα ισχυρά αλκάλια είναι καλύτερη από αυτή των περισσότερων ανοξείδωτων χάλυβων.
Τα κράματα τιτανίου έχουν υψηλή αντοχή και σκληρότητα, επομένως ο εξοπλισμός επεξεργασίας απαιτείται να είναι ισχυρός και τα καλούπια και τα εργαλεία κοπής πρέπει να έχουν υψηλή αντοχή και σκληρότητα. Κατά τη διάρκεια της κοπής, η περιοχή επαφής μεταξύ του τσιπ και της επιφάνειας τσουγκράνας είναι μικρή και η πίεση στο άκρο του εργαλείου είναι μεγάλη. Σε σύγκριση με τον χάλυβα 45, αν και η δύναμη κοπής του κράματος τιτανίου είναι μόνο 2/3-3/4, η περιοχή επαφής μεταξύ του τσιπ και της επιφάνειας τσουγκράνας είναι μικρότερη (μόνο 1/2-2/3 από χάλυβα 45 ), οπότε η κοπή του εργαλείου Η πίεση στη λεπίδα είναι μεγάλη και η άκρη του εργαλείου ή η αιχμή κοπής φοριέται εύκολα. Το κράμα τιτανίου έχει μεγάλο συντελεστή τριβής και χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (μόνο 1/4 και 1/16 σιδήρου και αλουμινίου αντίστοιχα). η επαφή μεταξύ του εργαλείου και του τσιπ οφείλεται στο ότι Με μικρό μήκος, η θερμότητα κοπής θα συσσωρεύεται σε μια μικρή περιοχή κοντά στην κοπτική άκρη και δεν θα διαχέεται εύκολα. Αυτοί οι παράγοντες καθιστούν τη θερμοκρασία κοπής του κράματος τιτανίου πολύ υψηλή, με αποτέλεσμα να επιταχύνεται η φθορά του εργαλείου και να επηρεάζεται η ποιότητα επεξεργασίας. Λόγω του χαμηλού συντελεστή ελαστικότητας του κράματος τιτανίου, το τεμάχιο εργασίας αναπηδά πολύ κατά τη διάρκεια της κοπής, γεγονός που μπορεί εύκολα να προκαλέσει αυξημένη φθορά της πλευράς του εργαλείου και παραμόρφωση του τεμαχίου εργασίας. Τα κράματα τιτανίου είναι εξαιρετικά χημικά ενεργά σε υψηλές θερμοκρασίες και αντιδρούν εύκολα με αέριες ακαθαρσίες όπως το υδρογόνο και το οξυγόνο στον αέρα. Η χημική αντίδραση δημιουργεί ένα σκληρυμένο στρώμα, επιδεινώνοντας περαιτέρω τη φθορά του εργαλείου. στην κοπή από κράμα τιτανίου, το υλικό του τεμαχίου εργασίας συνδέεται εύκολα στην επιφάνεια του εργαλείου και σε συνδυασμό με την υψηλή θερμοκρασία κοπής, το εργαλείο είναι επιρρεπές σε φθορά διάχυσης και φθορά κόλλας.
Τα κράματα τιτανίου έχουν ενεργές χημικές ιδιότητες και είναι εύκολα συμβατά και προσκολλώνται σε λειαντικά σε υψηλές θερμοκρασίες, φράζοντας τον τροχό λείανσης, με αποτέλεσμα αυξημένη φθορά του τροχού λείανσης, μειωμένη απόδοση λείανσης και δυσκολία στη διασφάλιση της ακρίβειας λείανσης. Η φθορά του τροχού λείανσης αυξάνει επίσης την περιοχή επαφής μεταξύ του τροχού λείανσης και του τεμαχίου εργασίας, προκαλώντας επιδείνωση των συνθηκών απαγωγής θερμότητας και απότομη αύξηση της θερμοκρασίας στην περιοχή λείανσης, σχηματίζοντας μεγάλη θερμική πίεση στην επιφάνεια λείανσης, προκαλώντας τοπικά εγκαύματα στο τεμάχιο εργασίας και προκαλώντας ρωγμές λείανσης. Το κράμα τιτανίου έχει υψηλή αντοχή και σκληρότητα, γεγονός που καθιστά τα τσιπ λείανσης δύσκολο να διαχωριστούν κατά τη διάρκεια της λείανσης, αυξάνει τη δύναμη λείανσης και αυξάνει ανάλογα την κατανάλωση ισχύος λείανσης. Το κράμα τιτανίου έχει χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και μικρή ειδική θερμότητα. Η αγωγιμότητα της θερμότητας είναι αργή κατά τη διάρκεια της λείανσης, προκαλώντας τη συσσώρευση θερμότητας στη ζώνη τόξου λείανσης, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία της ζώνης λείανσης να αυξάνεται απότομα. ,
Κατά την εξώθηση τιτανίου και κραμάτων τιτανίου, απαιτείται υψηλή θερμοκρασία εξώθησης και γρήγορη ταχύτητα εξώθησης για να αποτραπεί η υπερβολική γρήγορη πτώση της θερμοκρασίας. Ταυτόχρονα, ο χρόνος επαφής μεταξύ του τυφλού υψηλής θερμοκρασίας και του καλουπιού θα πρέπει να συντομευτεί όσο το δυνατόν περισσότερο. Επομένως, η μήτρα εξώθησης θα πρέπει να χρησιμοποιεί νέα υλικά μήτρας ανθεκτικά στη θερμότητα και η ταχύτητα μεταφοράς του τεμαχίου από τον κλίβανο θέρμανσης στον κύλινδρο εξώθησης θα πρέπει επίσης να είναι γρήγορη. Δεδομένου ότι το μέταλλο μολύνεται εύκολα από αέριο κατά τη θέρμανση και την εξώθηση, θα πρέπει επίσης να ληφθούν τα κατάλληλα προστατευτικά μέτρα. Κατά την εξώθηση θα πρέπει να επιλέγονται κατάλληλα λιπαντικά για να αποφευχθεί η προσκόλληση στο καλούπι, όπως η εξώθηση με μανδύα και η εξώθηση με λίπανση γυαλιού. Λόγω της μεγάλης θερμικής επίδρασης της παραμόρφωσης του τιτανίου και του κράματος τιτανίου και της κακής θερμικής αγωγιμότητας, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην πρόληψη της υπερθέρμανσης κατά την εξώθηση και την παραμόρφωση. Η διαδικασία εξώθησης του κράματος τιτανίου είναι πιο περίπλοκη από αυτή του κράματος αλουμινίου, του κράματος χαλκού και ακόμη και του χάλυβα. Αυτό καθορίζεται από τις ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες του κράματος τιτανίου. Κατά τη διάρκεια της συμβατικής θερμής αντίστροφης εξώθησης του κράματος τιτανίου, η θερμοκρασία της μήτρας είναι χαμηλή, η θερμοκρασία της επιφάνειας της μήτρας σε επαφή με τη μήτρα πέφτει γρήγορα, ενώ η θερμοκρασία στο εσωτερικό της μήτρας αυξάνεται λόγω της θερμότητας παραμόρφωσης. Λόγω της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας του κράματος τιτανίου, μετά την πτώση της θερμοκρασίας της επιφάνειας, η θερμότητα του εσωτερικού billet δεν μπορεί να μεταφερθεί στην επιφάνεια εγκαίρως για να αναπληρωθεί και θα εμφανιστεί ένα επιφανειακό σκληρυμένο στρώμα, καθιστώντας δύσκολη τη συνέχιση της παραμόρφωσης. Ταυτόχρονα, θα εμφανιστεί μια μεγάλη διαβάθμιση θερμοκρασίας μεταξύ του επιφανειακού στρώματος και του εσωτερικού στρώματος. Ακόμα κι αν μπορεί να σχηματιστεί, είναι εύκολο να προκαλέσει παραμόρφωση και ανομοιόμορφη δομή.
Τα κράματα τιτανίου είναι πολύ ευαίσθητα στις παραμέτρους της διαδικασίας σφυρηλάτησης. Οι αλλαγές στη θερμοκρασία σφυρηλάτησης, την ποσότητα παραμόρφωσης, την ποσότητα παραμόρφωσης και τον ρυθμό ψύξης θα προκαλέσουν αλλαγές στη δομή και τις ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου. Για τον καλύτερο έλεγχο των δομικών ιδιοτήτων των σφυρηλατήσεων, τα τελευταία χρόνια, προηγμένες τεχνολογίες σφυρηλάτησης όπως η σφυρηλάτηση με θερμή μήτρα και η ισοθερμική σφυρηλάτηση έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην παραγωγή σφυρηλάτησης κραμάτων τιτανίου.
Η πλαστικότητα των κραμάτων τιτανίου αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Στο εύρος θερμοκρασίας 1000-1200 βαθμού , η πλαστικότητα φτάνει τη μέγιστη τιμή και ο επιτρεπόμενος βαθμός παραμόρφωσης φτάνει το 70%-80%. Το εύρος θερμοκρασίας σφυρηλάτησης των κραμάτων τιτανίου είναι στενό και θα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά σύμφωνα με τη θερμοκρασία ( )/ μετασχηματισμού (εκτός από τα ανοίγματα πλινθωμάτων), διαφορετικά οι κόκκοι θα αναπτυχθούν βίαια και θα μειώσουν την πλαστικότητα της θερμοκρασίας δωματίου. Τα κράματα τιτανίου είναι συνήθως μεταξύ ( ) Η σφυρηλάτηση πραγματοποιείται στην περιοχή φάσης επειδή η θερμοκρασία σφυρηλάτησης πάνω από τη γραμμή ( )/ μετασχηματισμού είναι πολύ υψηλή, γεγονός που θα οδηγήσει στη δημιουργία εύθραυστης φάσης. Τόσο η αρχική σφυρηλάτηση όσο και η τελική σφυρηλάτηση του κράματος τιτανίου πρέπει να είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία ( )/ μετασχηματισμού. Η αντίσταση παραμόρφωσης του κράματος τιτανίου αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση της ταχύτητας παραμόρφωσης, μεταξύ των οποίων η θερμοκρασία σφυρηλάτησης έχει μεγαλύτερη επίδραση στην αντίσταση παραμόρφωσης του κράματος τιτανίου. Επομένως, η συμβατική σφυρηλάτηση πρέπει να γίνεται στη μήτρα σφυρηλάτησης με ελάχιστη ψύξη. Η περιεκτικότητα σε ενδιάμεσα στοιχεία (όπως O, N, C) έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο στη σφυρηλάτηση των κραμάτων τιτανίου.
