تراشکاری تیتانیوم، فرزکاری تیتانیوم، سوراخکاری تیتانیوم، سنگزنی تیتانیوم

ماشینکاری تیتانیوم (فصل دهم)

تاريخ:بيست و سوم خرداد 1398 ساعت 12:27   |   کد : 110

عبارت ماشین­کاری دارای کاربرد وسیعی است و به همه انواع فرآیندهای برداشت فلز و برشکاری اطلاق می­ شود. روش­های ماشین­کاری مرسوم عبارتند از تراشکاری، فرزکاری سطحی، فرزکاری با بار جانبی کم و برشکاری صعودی، مته ­زنی، برقوزنی، سنگ ­زنی چرخشی، سنگ ­زنی دیسکی، برشکاری سایشی، برشکاری سایشی دستی، اره­ کاری دوسره و اره­ک اری نواری. روش­های پرکاربرد غیرسنتی عبارتند از ماشین­کاری الکتروشیمیایی (ECM)، فرزکاری شیمیایی (CHM) و ماشین­کاری پرتوی لیزری (LBM).

زمانی باور بر این بود که ماشین­کاری تیتانیوم دشوار است. اما اکنون پایه ­ای وسیع از دانش ماشین­کاری تیتانیوم وجود دارد و تولیدکنندگان می ­دانند که با انتخاب روش­ های مناسب، می­ توان تیتانیوم را با استفاده از روش­ هایی قابل مقایسه با روش­های به کار رفته برای ماشین­کاری فولاد ضدزنگ 316، از کار در آورد.

ماشین­کاری تیتانیوم به نیروهای برشکاری­ ای نیاز دارد که فقط کمی بیشتر از نیروهای لازم برای ماشین­کاری فولادهاست اما آلیاژهای تیتانیوم دارای مشخصات متالورژیکی ­ای هستند که ماشین­کاری آنها را نسبت به فولادهایی با سختی برابر، دشوارتر و در نتیجه پرهزینه ­تر می­ کند. نرخ تولید منطقی و پرداخت سطح عالی را می­ توان با روش­های مرسوم ماشین­ کاری بدست آورد اگر مشخصات منحصربه فرد این فلز (مانند واکنش ­پذیری آن) در نظر گرفته شوند.

شکل 10-1 نشان­ دهنده مقاومت برشی آلیاژهای تیتانیوم برگزیده است. انواع آلیاژها از آلفا تا شبه ­آلفا، آلفا- بتا و بتا از چپ به راست این شکل قابل مشاهده است. توجه کنید که نیروهای برشکاری از راست به چپ افزایش می ­یابند و نیز اینکه، آلیاژهای بتا دشوارترین آلیاژهای تیتانیوم برای ماشین­کاری هستند.

هنگامی که شرایط ماشین­کاری برای یک ترکیب آلیاژی معین و ترتیب فرآوری، بدرستی انتخاب شوند، می­ توان به نرخ تولید مناسبی برای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم در سطوح قیمتی قابل­ قبول دست یافت. جدول 10-1 مقایسه قابلیت ماشین­کاری چند آلیاژ تیتانیوم را با دیگر مواد (اعداد بیشتر نشان­ دهنده هزینه کمتر و قابلیت ماشین­کاری بهتر می­ باشند) نشان می­ دهد. موفقیت در ماشین­کاری تیتانیوم به شدت به غلبه بر چند ویژگی ذاتی تیتانیوم که در بخش­های بعدی به آنها پرداخته خواهد شد بستگی دارد.

شکل 10-1 مقاومت در برابر برشکاری آلیاژهای مختلف تیتانیوم

جدول 10-1 مقایسه ماشین­کاری برخی آلیاژهای تیتانیوم با دیگر مواد

رسانایی گرمایی. تیتانیوم رسانای ضعیف گرماست. گرمایی که توسط برشکاری تولید می­ شود، سریعا پراکنده نمی­ شود. در نتیجه، بیشتر این گرما روی لبه برشکاری و وجه ابزار متمرکز می­ شود. در نتیجه عمر ابزار به شدت تحت تاثیر قرار می­ گیرد.

تمایل به آلیاژشدن. تیتانیوم دارای تمایل زیادی به آلیاژشدن یا واکنش­ شیمیایی با مواد در ابزار برشکاری در دمای کاری ابزار می­ باشد. این موضوع موجب جوشکاری ابزار در حین عملیات ماشین­کاری و به دنبال آن، سوختن، لکه­ دار شدن و پوسته پوسته شدن همراه با تخریب سریع ابزار برش می­ شود.

مدول الاستیک. تیتانیوم دارای مدول الاستیک کمتری نسبت به فولاد و سوپرآلیاژهاست و در نتیجه دارای خاصیت فنری­ بودن بیشتری نسبت به مواد یاد شده است. در نتیجه، اعوجاج بیشتری در قطعه کار وجود دارد. برای بهبود سفتی، پشتیبان­ گذاری مناسب ممکن است مورد نیاز باشد. صلبیت کل سیستم نیز همانند استفاده از ابزارهای برش تیز و با شکل مناسب، بسیار مهم است. فضای عمل بیشتری در ابزارهای برشکاری بدلیل این اعوجاجات مورد نیاز است.

حساسیت به آسیب سطحی. تیتانیوم و آلیاژهای آن در حین عملیات­ های ماشین­کاری مستعد به آسیب سطحی هستند. این امر بویژه در حین سنگ­زنی صدق می­ کند. ، برای جلوگیری از، ازدست دادن پیوستگی سطح بویژه در حین سنگ­زنی، باید احتیاط کرد زیرا حتی عملیات­ های سنگ­زنی بدرستی انجام­ شده می­ توانند منتهی به سطوحی با عمر خستگی بشدت کمتر شوند. حفظ تیزی ابزار در حین ماشین­کاری برای بهینه ­سازی عمر خستگی در تیتانیوم، بسیار مهم است.

مشخصات کارسختی. مشخصات کارسختی تیتانیوم بگونه­ ای است که آلیاژهای آن، یک فقدان کامل از "لبه انباشت" از خود نشان می ­دهند. فقدان لبه انباشت در جلوی ابزار برشکاری موجب تغییراتی می ­شود که منجر به افزایش گرما روی بخش موضعی ابزار برش می­ شود. نیروی بسیار زیادی نیز تولید می­ شود و ترکیب گرما و نیرو منجر به شکست سریع ابزار می­ گردد.

ماشین­کاری سنتی تیتانیوم
تکنولوژی پشتیبانی­ کننده از ماشین­کاری آلیاژهای تیتانیوم اساسا بسیار شبیه به دیگر سیستم­های آلیاژی است. ماشین­کاری کارآمد فلز نیازمند دسترسی به داده­ های مربوط به پارامترهای ماشین­کاری یک ابزار برشکاری در متریال برای یک عملیات معین است. پارامترهای مهم عبارتند از:

  • عمر ابزار
  • نیروها
  • الزامات توان
  • ابزارها و سیالات برشکاری

دستورالعمل­ ها. دستورالعمل­ های زیر غالبا بر اساس فاکتورهای ذاتی موثر بر قابلیت ماشین­کاری تیتانیوم که در بالا تشریح شد به ماشین­کاری کارآمد تیتانیوم کمک می­ کنند:

  1. از سرعت­های کم برشکاری استفاده کنید: یک سرعت کم برشکاری به کمینه سازی  دمای لبه ابزار و بیشینه ­سازی عمر ابزار کمک می ­کند. دمای نوک ابزار بشدت توسط سرعت برشکاری تحت تاثیر قرار می­ گیرد. سرعت­ های کمتری برای آلیاژهایی نظیر Ti-6Al-4V نسبت به تیتانیوم غیرآلیاژی مورد نیاز است.
  2. نرخ براده برداری بالا را حفظ کنید: از بالاترین نرخ براده برداری سازگار با عملیات باید استفاده کرد. دمای ابزار به میزان کمتری تحت تاثیر نرخ براده برداری نسبت به سرعت قرار می­ گیرد و عمق هر برش باید بیش از لایه کار سخت­ شده حاصل از برش قبلی باشد.
  3. از مقدار زیادی سیال برشکاری استفاده کنید: یک مبرد باعث انتقال گرمای موثر می­ شود. هم­چنین تراشه­ ها را شسته و از میزان نیروهای لازم برای برش کاسته و در نتیجه عمر ابزار را کاهش می­ دهد.
  4. تیزی ابزار را حفظ کنید: سایش ابزار منجر به انباشت فلز روی لبه­ های برشکاری شده و باعث پرداخت سطحی ضعیف، ترک و اعوجاج قطعه­ کار می­ شود.
  5. هرگز براده برداری فلز را در حین تماس در حرکت ابزار و تیتانیوم متوقف نکنید: متوقف کردن یک ابزار هنگامی که در حال حرکت، در تماس با تیتانیوم است موجب کارسختی شده و باعث سوختن، لکه شدن و متوقف شدن می­ شود. این امر می ­تواند موجب شکستن ابزار شود.
  6. از ماشین­ ابزارهای صلب استفاده کنید: صلبیت ماشین و قطعه­ کار، عمق کنترل­ شده برش را تضمین­ می­ کند.

هرچند خواص اساسی ماشین­کاری تیتانیوم را نمی­ توان به شدت تغییر داد، اما تاثیرات آنها را می­ توان با کاهش دمای ایجادشده در سطح ابزار و لبه برش، به شدت کمینه نمود. روش­های تولید اقتصادی ­ای از طریق به کارگیری قواعد ذکر شده در بالا در ماشین­ کاری تیتانیوم ایجاد شده­ اند.

عمر ابزار. داده­ های مربوط به عمر ابزار بطور تجربی برای آلیاژهای تیتانیوم متنوعی بدست آمده ­اند. راه مرسوم نشان دادن چنین داده­ هایی در شکل 10-2 نشان داده شده است. در این شکل، عمر ابزار (یعنی زمان) برحسب سرعت برشکاری برای یک ماده برشکاری معین در یک سرعت و عمق ثابت باردهی نسبت به Ti-6Al-4V ترسیم شده است. می ­توان دید که ابزارهای مربوط به ماشین­کاری آلیاژهای تیتانیوم، بسیار به تغییرات در میزان بار حساس هستند. در یک سرعت برشکاری بالا، عمر ابزار بشدت کوتاه است و با کاهش سرعت برشکاری، عمر ابزار بشدت افزایش می­ یابد. در صنعت، بطور کلی از سرعت­های برشکاری­ ای استفاده می­ شود که موجب عمر طولانی قطعه شوند.

شکل 10-2 تاثیر سرعت برشکاری ونرخ براده برداری بر عمر ابزار در تراشکاری Ti-6Al-4V آلفا- بتا

الزامات نیرو و توان. نیروهای برشکاری مهم هستند زیرا هنگامی که در سرعت برشکاری ضرب شوند، توان لازم در ماشین­کاری مشخص می­ شود. برای تقریب­ های کلی، توان لازم در تراشکاری و فرزکاری را می­ توان با اندازه­ گیری ورودی توان برای به حرکت درآورن موتور ماشین ابزار در حین عملیات برشکاری و با کم کردن آن، می ­توان به توان آماده به­ کار دست یافت. تقریب متناسبی از اسب بخار لازم در بیشتر عملیات­ های ماشین­کاری را می­ توان از الزامات واحد توان پیش­ بینی کرد. جدول 10-2 الزامات توان مربوط به تیتانیوم را در مقایسه با دیگر آلیاژها نشان می­ دهد.

جدول 10-2 الزامات توان متوسط مربوط به تراشکاری، مته ­زنی یا فرزکاری آلیاژهای تیتانیوم در مقایسه با دیگر سیستم­ های آلیاژی

مواد ابزار. ابزارهای برشکاری به کار رفته برای ماشین­کاری تیتانیوم به مقاومت به سایش و سختی دمابالای کافی نیاز دارند. علیرغم استفاده از مواد ابزار جدید نظیر سرامیک­ های خاص، کاربیدهای پوشش­ دهی شده، الماس­ های چندبلوری و نیترید بور مکعبی در برداشتن فلز از فولادها، چدن­ ها و آلیاژهای مقاوم به حرارت، هیچ­ یک از این پیشرفت­ها به کاربرد عملی در افزایش تولید قطعات ماشین­کاری­ شده تیتانیومی منجر نشده است.
به طور کلی، فقط از ابزارهای کاربیدی و فولادهای تندبر یا ابزار به شدت آلیاژی متداول می ­توان استفاده کرد. ابزارهای کاربیدی (نظیر گریدهای C-2 و C-3)، اگر قابل کاربرد باشند، نرخ تولید را بهینه می­ کنند. فولادهای ابزار تندبر متداول (نظیر گردیدهای M1، M2، M7 و M10) نیز به کار برده می­ شوند. اما بطور کلی، نتایج بهتری با گردیدهای فولاد ابزار با شدت آلیاژی بیشتر نظیر T5، T15، M33 بدست می­ آیند. عملکرد ابزار برشکاری توسط عوامل بسیاری تحت تاثیر قرار می­ گیرند. چیدمان ونصب، روش­ های فرآوری، روش­ های سنگ­زنی، کیفیت ماده و شرایط ابراز ماشین­کاری و چفت و بست­ ها همگی بر عملکرد برش ­دهنده تاثیر می­ گذارند.
در مطالعات اولیه، ابزارهای برش از جنس کاربید تنگستن- معمولا گرید C-2- بهترین عملکرد را در فرایندهایی نظیر تراشکاری و فرزکاری سطحی داشتند در حالی­که فولادهای تندبر با مقدار کبالت بالا بیشترین کاربرد را در مته ­زنی، آرام­ کوبی و فرزکاری عمودی داشتند. در حال حاضر نیز، اوضاع تقریبا به همین شکل است. کاربیدهای C-2 بطور گسترده ­ای در تولید موتور و بدنه هواپیما در فرایندهای تراشکاری و فرزکاری سطحی بکار می ­روند. فرزهای عمودی صلب C-2 و فرزهای عمودی با کاربیدهای C-2 قابل­ تعویض در صنعت هوافضا، کاربردهای خود را پیدا کرده­ اند. فولادهای تندبر M7 و M42 و M33 برای فرزکاری عمودی، مته زنی و آرام­ کوبی آلیاژهای تیتانیوم توصیه می­ شوند.

سیالات برشکاری. استفاده درست از خنک کننده ها در حین ماشین­کاری، به شدت عمر ابزار برشکاری را افزایش می­ دهد. سیالات برشکاری از نظر شیمیایی فعال، بطور موثری گرما را انتقال داده و از نیروهای برشکاری بین ابزار و قطعه­ کار می­ کاهند. البته، سیالات برشکاری نباید باعث هیچ­گونه تخریبی در خواص قطعه­ کار شوند.  زمانی کلر بعنوان یک عنصر مشکوک در سیالات برشکاری در نظر گرفته می­ شد بدون آنکه به غلظت کلر و شرایط خاص بکار رفته در فرایندهای تولید آلیاژهای تیتانیوم توجه شود. عدم محبوبیت سیالات دارای کلر بر اساس این اکتشاف اولیه بر اساس مطالعه خواص مکانیکی بود که این سیالات باعث آسیب ناشی از خوردگی تنشی در آلیاژهای تیتانیوم می ­شوند (فصل 13 راببینید) و نیز بر اساس ترک­ خوردگی غیرمنتظره آلیاژهای تیتانیوم در عملیات­ های تمیزکاری و عملیات­ حرارتی.
هرچند وجود یون­ های کلر (نظیر یون­های پیداشده در اثر انگشت روی یک قطعه) می­ تواند موجب خوردگی تنشی در برخی آلیاژها در حین فراوری گردد اما تصور نمی­ شود که یون­های کلر همواره موجب آسیب به آلیاژهای تیتانیوم در حین ماشین­کاری شوند. به هرحال، سیالات برشکاری بکار رفته در ماشین­کاری آلیاژهای تیتانیوم نیاز به ملاحظات خاصی دارند. اگر سیالات برشکاری دارای کلر درباره آلیاژهایی بکار روند که در معرض ترک ناشی از خوردگی تنشی قرار دارند، تمیزکاری پساماشین­کاری را باید انجام داد. ممنوعیت کلی در استفاده از سیالات برشکاری دارای کلر، موضوع جهانی نیست.
در هنگام تعیین کردن سیالات برشکاری برای ماشین­کاری تیتانیوم، برخی شرکت­ها از نظر عملی هیچ محدودیت دیگری بجز استفاده از روش­های شستشوی کنترل­ شده روی قطعات پس از ماشین­کاری ندارند. دیگر تولیدکنندگان هم چنین می­ کنند بجز آنکه آنها از سیالات برشکاری دارای کلر روی قطعاتی که در معرض دمای بالاتر در فرایندهای جوشکاری یا در حین کارکرد قرار دارند استفاده نمی­ کنند. هم­چنین، هنگامی که اسمبلی­ ها ماشین­کاری می­ شوند محدودیت­های یکسانی بدلیل دشواری انجام یک تمیزکاری مناسب پس از ماشین­ کاری اعمال می­ شوند. هنوز هم تولیدکنندگان قطعات هوافضا از کلر فعال در سیال برشکاری برای ماشین­کاری آلیاژهای تیتانیوم استفاده نمی­ کنند.
بررسی خواص مکانیکی برای مشخص­ کردن اثر آزمایشگاهی سیالات برشکاری کلرینه و سولفاته روی آلیاژ Ti-6Al-4V نشان داد که هیچ تخریبی در خواص مکانیکی نسبت به خواص حاصل از سیالات برشکاری خنثی رخ نداد. نتایج مشابهی در استفاده از سیالات برشکاری کلرینه و سولفاته یا با داشتن آن سیالات برشکاری بعنوان محیط آزمایش در حین تست بدست آمد. این نتایج و دیگر نتایج نشان می­ دهند که تحت شرایط معین، سیالات برشکاری دارای کلر برای آلیاژهای تیتانیوم مضر نیستند.
معمولا سیالات سنگین دارای کلر در عملیات­ هایی نظیر مته ­زنی، آرام­ کوبی و برقوزنی عملکرد بهتری دارند. اما استفاده از سیالات برشکاری دارای کلر (یا دارای هالوژن) معمولا توصیه نمی ­شود. سیالات برشکاری فوق­ العاده­ ای وجود دارند که دارای هیچ ترکیب هالوژنی نیستند. در واقع، برای آلیاژها و فرایندهای معین، ماشین­کاری خشک ترجیح داده می­ شود. شکل 10-3 تاثیر سیالات مختلف برشکاری را بر عمر ابزار در مته­ زنی Ti-6Al-4V نشان می­ دهد.

شکل 10-3 تاثیر سیالات مختلف برشکاری و سرعت برشکاری بر طول عمر ابزار در هنگام مته ­زنی Ti-6Al-4V (HB 375)

سرعت و پیشروی در ماشین­کاری. سرعت برشکاری و میزان پیشروی، دو پارامتر بسیار مهم برای همه انواع فرایندهای ماشین­کاری هستند. جدول 10-3 برخی داده­ های سرعت و بار مربوط به تراشکاری آلیاژهای تیتانیوم منتخب را نشان می­ دهد. از آنجا که سرعت و نرخ پیشروی دارای تاثیر مستقیمی بر عمر قطعه هستند داشتن چارت­ ها یا گراف­ هایی برای همه ترکیب ­های ممکن ابزار و آلیاژ تیتانیوم علاوه بر روش­های ماشین­ کاری مطلوب است. با درنظر گیری دامنه آلیاژها، ترکیبات ابزار و روش­های ماشین­ کاری ممکن، چنین چارت­ هایی برای همه موقعیت­ ها در دسترس نیستند. اما چارت­ هایی نظیر جدول 10-3 برای برخی از روش­ های ماشین­کاری گردآوری شده ­اند. (پیوست ز را برای اطلاعات بیشتر درباره ماشین­کاری تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم ببینید.)
توصیه­ های مربوط به ماشین­کاری نظیر آنچه در جدول 10-3 و منابع مشابع دبگر بیان شده ممکن است برای سازگاری با شرایط خاص نیاز به اصلاح داشته باشند. برای نمونه، هزینه، نگهداری و دیگر الزامات، ممکن است باعث دشواری تطبیق دادن تعداد بسیار زیادی سیالات برشکاری مختلف شود. صرفه­ جویی ­های حاصل از تغییر در سیال برشکاری را می ­توان با هزینه تغییر سیال جبران کرد. هم­چنین، تغییر در شرایط ابزارهای برشی که دارای استفاده گاه به گاه هستند ممکن است اقتصادی نباشد. بعلاوه، طراحی قطعات می­ تواند نرخ برداشت فلز را به منظور کمینه ­سازی اعوجاج ( مانند فلانژهای نازک) محدود نماید و بدون اثرات بیش­ از حد اینرسی، ایجاد گوشه­ و زاویه را ممکن کند.

جدول 10-3 سرعت­های اسمی و نرخ براده برداری مربوط به تراشکاری تیتانیوم و آلیاژهای آن با ابزارهایی از جنس فولاد ابزار تندبر و کاربیدی

پارامترهای بکار رفته برای ماشین­کاری تیغه ­هایی از جنس Ti-6Al-4V که دارای شیارهای عمیق، فلانژها و بسترهای نازک در تولید بدنه هواپیما هستند در جدول 10-4 ارائه شده­ اند. یک تیغه غالبا دارای شیارهای متعدد و تعدادی فلانژ به نازکی mm 0.76 (in. 0.03) است. تیغه ­های فورج ­شده می ­توانند بیش از kg 450 (lb 1000) وزن داشته باشند اما قطعه پرداخت ­شده دارای وزنی کمتر از kg 67.5 (lb  150) پس از ماشین­ کاری است. ماشین ­کاری گسترده­ روی قطعات موتور توربین گازی درست مانند ماشین­کاری قطعات بزرگ­تر در بدنه هواپیما انجام می­ شود. جدول 10-5 پارامترهای مربوط به قطعات موتور جت از جنس Ti-6Al-4V نظیر دیسک ­های پنکه، جداکننده ­ها، شافت­ ها و آب بندهای مکانیکی را فهرست کرده است.

جدول 10-4 برخی پارامترهای ماشین­­کاری به کار رفته برای دیواره­ های بدنه از آلیاژ آلفا- بتا (Ti-6Al-4V)

بهره ­وری بیشتر با روش­های خاص. عدم قابلیت برای بهبود عملکرد ابزار برشکاری مربوط به آلیاژهای تیتانیوم با ایجاد مواد جدید ابزار برش بویژه پوشش­ ها، ناامیدکننده بوده است. هم­چنین، بهبود بسیار کمی در بهره ­وری با کشف ترکیب­ هایی جدید از سرعت، پیشروی و عمق تجربه شده است. برخی پیشرفت­ های مورد نظر عبارتند از ابزارهای تراشکاری با طراحی خاص و برش­ دهنده­ های فرزکاری و نیز استفاده از روش فرز عمودی خاص.

جدول 10-5 نمونه ­ای از پارامترهای مربوط ماشین­کاری به قطعات توربین گاری از جنس آلیاژ آلفا- بتا (Ti-6Al-4V)

یکی از روش­های عملی افزایش بهره­ وری، تعیین هزینه بهینه ماشین­کاری یک قطعه معین تیتانیومی در یک فرایند ماشین­کاری خاص است. اگر داده ­های معینی درباره مربوط کردن عمر قطعه به سرعت، پیشروی و عمق مربوط به یک برش­ دهنده و عملیات معین در دسترس باشند، محاسبه کردن هزینه و زمان کلی ماشین ­کاری به عنوان تابعی از پارامترهای برشکاری ممکن است. برخی شرکت­ها از کامپیوتر برای اجرای تحلیل قیمت و رسیدن به هزینه ­های کمینه و نرخ تولید بهینه برای فرایندهای ماشین­ کاری خاص استفاده کرده­ اند.

جلوگیری از آتش سوزی. ذرات ریز تیتانیوم می ­توانند آتش گرفته و بسوزنند. استفاده از خنک کننده های آبی یا حجم زیادی از خنک کننده های پایه روغن معمولا خطر احتراق را در حین فرایندهای ماشین­کاری از بین می­ برد. اما انباشت پلیسه های تیتانیوم می­ تواند موجب خطر آتش شود. تراشه ­ها، خرده­ ها و دیگر نرمه ­های تیتانیوم را باید برای جلوگیری از انباشت غیر ضروری بطور مرتب جمع ­آوری کرد و  در پایان روز از اطراف دستگاه دور کرد.
ماده قابل بازیافت را باید در محفظه ­های پوش ش­دار برچسب دار تمیز خشک فولادی قرار داد و ترجیحا در محیطی بیرونی نگهداری کرد.پلیسه های غیرقابل بازیافت را باید به درستی دفع کرد.
لجن تیتانیومی را نمی­ توان قبل از بردن به مکانی ایزوله و بیرونی خشک کرد. پودرهای خشک ایجاد شده برای اطفای نرمه ­های فلزی قابل احتراق برای کنترل آتش تیتانیومی توصیه شده ­اند. برای بیشینه ایمنی، چنین اطفاکننده ­هایی باید به سادگی برای هر کار ماشین­کاری تیتانیوم در دسترس باشند. ماسه خشک آتش­های تیتانیوم را کند می­ کند اما آن را خاموش نمی­ کند. دی­ اکسید کربن و هیدروکربن­های کلرینه توصیه نمی ­شوند. آب هرگز نباید بطور مستقیم به آتش تیتانیومی افزوده شود.

روش­های ماشین­کاری غیرسنتی
تولید قطعات آلیاژی تیتانیوم گاهی به روش­های ماشین­ کاری به اصطلاح غیرسنتی نیاز دارند. در این میان، ماشین­کاری الکتروشیمیایی (ECM)، فرزکاری شیمایی (CHM) و ماشین­کاری پرتوی لیزری (LBM) احتمالا پرکاربردترین روش­ های به کار رفته هستند. اطلاعات فنی درباره این روش­ها معمولا در اختیار مالک و انحصاری است.
روش­های شیمیایی و الکتروشیمیایی برداشت فلز بدلیل خصوصیات مطلوب فراوان خود به کار می­ روند. این روش­ها برای برداشت سریع فلز از سطح قطعات شکل­ دهی ­شده یا با شکل پیچیده از مقاطع نازک، سطوح زیاد تا عمق­های کم مفید است. این فرایندها هیچ تاثیر مخربی بر خواص مکانیکی فلز ندارند. هیچ ورودی از هیدروژن به فلز برای ایجاد تردی یا افت داکتیلیته وجود ندارد.
ECM برداشت ماده رسانای الکتریکی به وسیله انحلال آندی در یک الکترولیت با جریان­ یابی سریع است که قطعه­ کار را از الکترودی دارای شکل جدا می­کند. ECM می ­تواند خطوطی پیچیده ایجاد کرده و باعث سطوحی عاری از اعوجاج و با کیفیت بالا شود. برای ECM آلیاژهای تیتانیوم، یک الکترود مرسوم کلرید سدیم است که در غلظت kg/L 0.12 بکار می­ رود.

CHM انحلال کنترل­ شده ماده قطعه­ کار بوسیله تماس با یک عامل شیمایی است. قطعه مورد فراوری بطور کامل تمیز شده و با یک ماسک نواری از نطر شیمیایی مقاوم پوشیده می­شود. جاهایی که اثر شیمیایی مطلوب است از ماسک نواری خارج می­ شوند و سپس قطعه در عامل واکنش شیمیایی غوطه­ ور شده تا ماده قرار گرفته در محلول، حل شود.

در LBM، ماده با تمرکز یک پرتوی لیزری و یک جریان گاز روی یک قطعه­ کار برداشته می­ شود. انرژی لیزر موجب ذوب موضعی و جریان گاز اکسیژن باعث یک واکنش گرمازا شده و ماده ذوب شده را از محل برش پاک می­ کند. آلیاژهای تیتانیوم با استفاده از یک لیزر دی­ اکسیدکربنی با موج پیوسته به کمک اکسیژن با سرعتی بسیار زیاد برش می­ یابند.

ماشین­کاری الکتروشیمیایی. الکترولیت مربوط به ECM عبارتست از محلول کلرید سدیم یا کلرید پتاسیم به غلظت kg/L 0.12 (lb/gal 1) در آب. ولتاژ باید بیش از V 11 برای الکترولیت­ های کلرید پتاسیم باشد. در یک کاربرد، ولتاژ آغازین بیشینه V 3.2 برای Ti-6Al-4V آنیل­ شده در محلول الکترولیت کلرید سدیم بود. نرخ برداشت فلز تقریبا cm3/min/1000 A 1.64 (in.3/min/1000A 0.10) در دمای الکترولیت °C 40 (°F 100) است.

ماشین­ کاری شیمیایی. شرایط فرایندی برای آلیاژهای تیتانیوم عبارتند از:

تلرانس ­های مربوط به عمق برش تا mm 12.7 (in. 0.5) برای آلیاژهای تیتانیوم عبارتند از:

ماشین­ کاری پرتوی لیزری. خطوط را می­ توان در مقایسه با روش­های معمولی نظیر اره­ کاری نواری، با سرعت بوسیله پرتوهای لیزری برش داد. برای یک سطح توان معین و سرعت حرکت، عمق مذاب در تیتانیوم اندکی بیشتر از فولاد و آلومینیوم است (شکل 10-4).

شکل 10-4 گرمایش پرتو لیزری تیتانیوم، فولاد و آلومینیوم که نشان­ دهنده عمق ذوب در مقابل سرعت روبش پرتو است

عدم نقص سطح
سطح آلیاژهای تیتانیوم به آسانی در حین برخی فرایندهای ماشین­کاری آسیب می ­بیند. آسیب به شکل میکروترک­ها، لبه­ های انباشت، تغییرشکل پلاستیک، مناطق متاثر از گرما و تنش­های پسماند کششی پدیدار می­ شوند. در حین کارکرد، این آسیب می ­تواند منجر به استحکام خستگی و مقاومت به خوردگی تنشی کمتر شود. در مطالعه­ای درباره تاثیرات سنگ­زنی بر آلیاژ Ti-6Al-4V، پارامترهای سنگ­زنی در تنش کم یا ملایم، هیچ تغییر قابل ملاحظه ­ای در سطح ایجاد نکردند در حالی­که فرایندهای معمولی و شدید لایه سطحی را بطور قابل ملاحظه ­ای تغییر دادند. افت قابل­ ملاحظه در سختی در نمونه با سنگ­زنی ملایم اما مقادیر خستگی مناسب در چرخه بالا قابل توجه بود.
شکل 10-5 حد مقاومت MPa 372 (ksi 54) را برای سنگ­زنی ملایم و مقادیر MPa 83 و 97  (ksi 12 و 14) را به ترتیب، برای شرایط معمولی و شدید نشان می ­دهد. شکل 10-5 هم­چنین مقادیری برای دیگر فرآیندهای ماشین­ کاری شامل ماشین­کاری تخلیه الکتریکی ، فرزکاری شیمیایی نشان می­ دهد. همانطور که دیده می­ شود، در فرایندهایی مانند برشکاری فرز عمودی یا تراشکاری، حساسیت یکسانی به شرایط شدید مشاهده نشد که دلیل آن احتمالا تنش­های فشاری سطحی پسماند است.

شکل 10-5 خلاصه ­ای از تاثیرات ماشین­کاری بر رفتار خستگی در چرخه بالا مربوط به Ti-6Al-4V (آنیل­ شده، HRC 34-32).

EDM مخفف ماشین ­کاری تخلیه الکتریکی و CHM مخفف فرزکاری شیمیایی می­ باشند.

ماشین­ کارها و شرکت­ های متخصص در ماشین­کاری مواد هوافضا معمولا روش­ هایی را برای بیشینه­ سازی عدم ­نقص در سطح آلیاژهای تیتانیوم ایجاد کرده ­اند. در نتیجه، خواص بهینه ­ای معمولا در حین ماشین­کاری تیتانیوم ایجاد می ­شود. در حوزه ­هایی از کاربرد که نیاز به بیشینه استحکام خستگی است، نه تنها پارامترهای ماشین­کاری مناسبی استفاده می­ شوند بلکه مناطق سطحی برگزیده­ ای را می­ توان توسط مهره­ های شیشه ­ای تحت فشار قرار داد تا میزان بالایی از تنش­ سطحی فشاری حفظ شود.

پایان فصل دهم

Share

آدرس ايميل شما:  
آدرس ايميل دريافت کنندگان  
 


 

 تمامی حقوق معنوی این سایت متعلق به انجمن تیتانیوم ایران میباشد
 تمامی حقوق معنوی این سایت متعلق به انجمن تیتانیوم ایران میباشد