Перед началом обработки листового титана прочтите это руководство.
Оно поможет вам узнать о свойствах и различных процессах обработки. Кроме того, вы познакомитесь с разнообразными применениями изготовленных титановых деталей.
Давайте начнем.
Свойства титана, которые следует учитывать при обработке листового металла
При использовании титана в обработке листового металла следует учитывать следующие свойства:
i. Состав
Титан встречается в природе и может быть найден как в чистом виде, так и в виде сплава. Работа с чистым титаном сложна, в то время как его сплав с алюминием и ванадием составляет самый распространенный сплав.
ii. Прочность
Титан обладает исключительной коррозионной стойкостью и способен выдерживать очень высокие температуры. Следовательно, он необходим при изготовлении деталей, предназначенных для использования во враждебных средах с присутствием химикатов и влаги.
iii. Упругость
Упругие свойства титана уступают стали, что затрудняет его обработку и создание уникальных деталей. В следствии этого значительно возрастают затраты на процессинг.
iv. Твердость
Сталь обладает лучшими показателями твердости, чем титан, и поэтому является лучшим выбором там, где важна твердость. Сплавы титана могут предложить лучшую производительность по твердости, но всё же ниже, чем у стали.
v. Вес
Использование титана обусловлено его низкой плотностью и отличным соотношением прочности к весу. Таким образом, когда ваше приложение требует изготовления прочных, но легких материалов, титан является отличным вариантом.
vi. Предел текучести
Несмотря на его превосходную прочность на единицу, предел текучести титана ниже, чем у стали. Использование титана желательно там, где важны как прочность, так и вес, например, в конструкциях самолетов.
Сплавы титана, применяемые в обработке листового металла
Вот некоторые из широко используемых в промышленности сплавов и марок титана, применяемых в обработке листового металла:
A. Альфа-сплавы: Включают альфа-стабилизаторы, такие как кислород и алюминий, и/или нейтральные легирующие элементы, например, олово. Эти титановые сплавы нельзя подвергать термообработке, следовательно, их обрабатывают только холодной работой.
B. Сплавы близкие к альфа-сплавам: Содержат минимальное количество пластичной бета-фазы с около двух процентами стабилизирующих элементов, таких как ванадий, кремний или молибден. Эти сплавы хорошо поддаются вытяжке при обработке.
C. Альфа- и бета-сплавы: Содержат комбинацию стабилизаторов зародышеобразования альфа- и бета-состава, метастабильны и реагируют на термообработку.
D. Бета- и близкие к бета-сплавы: Содержат достаточное количество бета-стабилизаторов, таких как кремний, ванадий и молибден, и проявляют метастабильность. Бета-стабилизаторы помогают сохранить бета-фазу и позволяют улучшать прочность за счет старения и растворного упрочнения.
Процессы обработки при изготовлении листового титана
Механическая обработка
При механической обработке титана следует учитывать заклинивание, которое представляет его тенденцию к пятнанью других металлов и сравнительно низкую теплопроводность. Используйте прочный станок с точным режущим краем, выполняя медленные, плотные вырезы с использованием смазки для удаления стружки.
- Планирование: Учитывая жесткость станка, скорость и подачу, можно легко формировать и планировать титан. Использование больших радиусов инструментов из вольфрамового карбида производит тонкие и широкие стружки.
- Сверление: Используйте прерывистые сверла из быстрорежущей стали при сверлении титана, делая отверстия как можно мельче. Периодическое извлечение сверла для удаления стружки и использование обильной смазки для снижения трения необходимы при создании глубоких отверстий.
Гибка
Мощные тормоза формируют угловые и каналовые секции, используя пуансон и матрицу канала. Глубина хода пуансона определяет изгиб и допуск на отпружинивание, с молибдендисульфидом в качестве смазки.
Горячая обработка
Температуры при горячей обработке титана немного ниже, чем при использовании для сталей. При высоких температурах титан должен находиться в печи непродолжительное время перед ковкой для уменьшения поверхностного загрязнения, которое быстро увеличивается с температурой.
Ковка
Титан применяет схожие методы прессовой и молотковой ковки, как и низколегированные стали. Снижение потребности в повторном нагреве и хорошо спроектированное производственное оборудование уменьшает загрязнение в процессе.
При штамповке используйте профиль штампов с филетами и более широкими радиусами, чем для стали, из-за меньшего теплового расширения титана. Обрезку следует проводить в горячем состоянии и последовательно от ковки, чтобы уменьшить предварительный нагрев.
Термообработка
Использование стандартной печи для нагрева титана приведет к поверхностному загрязнению и вероятному поглощению водорода. Предпочтительнее использовать электрическую печь, так как она характеризуется уменьшенным поглощением водорода.
Топливные печи не подходят, поскольку титан быстро улавливает любое присутствие водорода из окружающей среды, что может нанести ущерб тонким деталям. Повышенные температуры отжига и предварительного нагрева, как правило, приводят к поверхностному упрочнению за счет диффузии кислорода, что требует последующей поверхностной обработки.
Формовка
Среди наиболее распространенных техник формовки, которые вы можете рассмотреть, следует отметить:
i. Формовка с использованием молота
При формовке осадочным молотом с титаном необходимо применять тепло, используя нагретые заготовки. Деформация должна осуществляться за счет растяжения или гибки из-за плохих свойств сжатия титана.
Для титана может потребоваться больше промежуточных штампов, чем для других материалов, из-за его низкой пластичности. Для дополнительного давления при обработке деформаций используются твердые резиновые подушки.
ii. Гидропрессованная формовка
Формовка титана на гидропрессе является сложной из-за отпружинивания, высокой предельной текучести и ограничений усадки. Использование нагретых заготовок уменьшает эти проблемы, применение высокого давления на титан позволяет получать полностью сформированные детали.
iii. Растяжная формовка
Растяжная формовка обычно следует за формовкой с помощью пресс-тормоза и отжигом при изготовлении титана, в результате получая каналовые секции и изгибы. Различия в предельной текучести создают неконтролируемое отпружинивание, в то время как колебания геометрии могут привести к локальному образованию шеек.
Также можно создавать криволинейные детали из титана, комбинируя горячую формовку с замыканием на р
Глубокая вытяжка
Для глубокой вытяжки титановых деталей требуется пресс гидроформования с высокими формовочными силами вместо традиционного механического пресса. Если процесс проводят стадиями с промежуточными отжигами, то этот метод позволяет получить очень глубокие вытяжки.
Сварка
В сварке титана можно использовать такие технологии, как TIG, MIG, точечная и шовная сварка сопротивлением, электронно-лучевая и плазменная сварка. Фазовый переход и загрязнение являются важными характеристиками титана (и его сплавов) при сварке.
Чистый титан и сплавы альфа-фазы дают прочные и относительно пластичные сварные швы, но с низким отношением прочности на сдвиг к прочности на разрыв. Бета-сплавы образуют точечные сварные соединения, которые хрупки из-за деформационного упрочнения.
При плавлении титана для сварки требуются предосторожности, чтобы предотвратить загрязнение сварочной ванны. Использование контролируемой среды и инертный газ (гелий или аргон) в техниках сварки с защитой луча могут обеспечить качественные сварные соединения.
Обработка поверхности и удаление накипи
Нагревание титана или его сплавов в открытой печи приводит к образованию оксидов и/или нитридов, которые необходимо удалять для сохранения механических свойств. Обработка поверхности с использованием каустической соды при высокой температуре и в течение определенного периода может способствовать удалению накипи.
Преимущества использования изготовленных титановых деталей
Применение титана в производстве листового металла имеет следующие преимущества:
i. Защита от коррозии
Титан вступает в реакцию с кислородом в атмосфере, образуя тонкий слой оксида, который является непроницаемым и защищает основной металл от коррозийных агентов. Соответственно, вы можете изготавливать титановые листы для использования в наружных условиях.
ii. Высокая температура плавления
Титан имеет высокую температуру плавления, что делает его идеальным для изготовления деталей, используемых в условиях высоких температур. Кроме того, это свойство позволяет титану сопротивляться изменениям температуры, сохраняя свою структурную целостность.
iii. Высокое соотношение прочности к весу
Титан обеспечивает огромную прочность при малом весе, что делает его идеальным там, где вопросы веса и прочности являются критичными. Хотя его прочность сопоставима со сталью, это более легкий вариант, находящий применение в таких областях, как авиация.
iv. Нетоксичность и биосовместимость
Титан не является опасным в силу своей химической инертности, и поэтому он не представляет угрозы для живых организмов и окружающей среды. Следовательно, изготовление деталей для медицинских целей, таких как имплантаты и скобы, возможно с использованием титана.
v. Перерабатываемость
Инертность титана позволяет ему выдерживать воздействие атмосферных условий в течение длительного времени, что делает его жизненный цикл менее затратным по сравнению с большинством металлов. Кроме того, титан можно перерабатывать и использовать для изготовления других полезных деталей, тем самым снижая обычно высокие производственные затраты.
Ограничения при использовании титана в листовой металлообработке
Некоторые ограничения в листовой обработке титана включают в себя:
a. Высокая стоимость
Титан является дорогостоящим металлом из-за его сложного процесса производства. Сложности в обработке титана ограничивают его использование, несмотря на его превосходные свойства.
b. Трудности литья и обработки
Литье титана – это процесс, в котором есть большие трудности, учитывая его уникальные характеристики, такие как прочность и высокая температура плавления. Обработка титановых листов включает множество тщательно контролируемых процедур, чтобы обеспечить качество деталей.
c. Деформация
У титана низкий модуль упругости, что делает его подверженным деформации при применении жестких методов обработки. Следовательно, при обработке титана требуется особое внимание, чтобы предотвратить дефекты, такие как коробление и нежелательное изгибание.
d. Гальваническое спаривание
Титан создает гальваническую пару, когда непосредственно контактирует с другим металлом в электролите, ускоряя коррозию одного или обоих металлов. Гальваническое спаривание препятствует изготовлению титановых листов с использованием других элементов, так как это обычно является катализатором.
Применение деталей из титанового листа в металлообработке
Детали, полученные из титановых листов, находят применение в следующих отраслях:
i. Аэрокосмическая отрасль
Способность титана противостоять коррозии и высоким температурам, в сочетании с его исключительным соотношением прочности к весу, позволяет использовать его в авиационных приложениях. Детали из титана помогают в создании частей самолетов, таких как воздушные рамы и реактивные двигатели.
ii. Энергетика
Использование титановых деталей в энергетике проявляется, например, в изготовлении противопожарных стен и защитных ассемблеев.
iii. Автомобилестроение
Применение титана в автомобилестроении ограничено высокопроизводительными автомобилями из-за высоких затрат на его изготовление. Такие детали двигателя, как пружины и поршневые пальцы, изготавливаются из титана.
iv. Нефтяная промышленность
Стойкость титана к коррозии позволяет использовать его на морских нефтедобывающих платформах и в оборудовании, таком как производственные подъемники.
v. Биомедицина
Титан и его сплавы находят широкое применение в медицине, в том числе при создании имплантатов, таких как костные пластины и замены суставов.
Заключение
Как вы можете видеть, изготовление титановых металлов практически и немного сложно. Надеемся, что информация в этом руководстве поможет вам успешно работать с титановым листовым металлом.
Дополнительные ресурсы:
Титан – Источник: Wikipedia
Титановый сплав – Источник: Wikipedia
Детали изгиба листового металла – Источник: KDMFAB
Обработка титана – Источник: Total Materia
