티타늄 합금이 가공하기 어려운 이유와 처리 방법

티타늄은 1950년대에 개발된 중요한 구조용 금속입니다. 티타늄 합금은 높은 강도, 우수한 내식성, 높은 내열성으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 세계 많은 국가에서 티타늄 합금 소재의 중요성을 인식하고 이에 대한 연구 개발을 지속적으로 진행하여 실제 응용 분야를 확보했습니다. 1950~60년대에는 항공우주 엔진용 고온 티타늄 합금과 기체용 구조용 티타늄 합금이 주로 개발됐다. 1970년대에는 내부식성 티타늄 합금이 개발되었습니다. 1980년대부터 내식성 티타늄 합금과 고강도 티타늄 합금이 더욱 개발되었습니다. 개발하다.

티타늄 합금은 가공이 어려운 특성으로 인해 제조 산업에 특정한 어려움을 가져왔습니다.

티타늄 합금의 밀도는 일반적으로 강철의 60%에 불과한 약 4.51g/입방센티미터입니다. 순수 티타늄의 밀도는 일반 강철의 밀도에 가깝습니다. 일부 고강도 티타늄 합금은 많은 합금 구조강의 강도를 초과합니다. 따라서 티타늄합금의 비강도(강도/밀도)는 다른 금속 구조재료에 비해 월등히 크고 단위강도가 높고 강성이 좋으며 경량인 부품을 생산할 수 있습니다. 티타늄 합금은 항공기 엔진 부품, 프레임, 스킨, 패스너 및 랜딩 기어에 사용됩니다. 또한 티타늄 합금은 자동차 부품, 의료 장비, 전자 3C 산업에도 널리 사용됩니다.

티타늄 합금을 가공할 때 절삭력은 동일한 경도의 강철보다 약간 높지만 티타늄 합금 가공의 물리적 현상은 강철 가공보다 훨씬 복잡하여 티타늄 합금 가공이 큰 어려움에 직면하게 됩니다.
대부분의 티타늄 합금의 열전도율은 매우 낮습니다. 강철의 1/7, 알루미늄의 1/16에 불과합니다. 따라서 티타늄 합금 절단 중에 발생하는 열은 공작물로 빠르게 전달되지 않거나 칩에 의해 제거되지 않습니다. 대신 절삭 영역에 축적되고 생성된 온도가 1000도 이상에 도달하여 공구의 절삭날이 빠르게 마모되고 균열이 발생하며 구성인선이 생성되고 절삭날이 빠르게 마모됩니다. 절단 영역에서 더 많은 열이 발생하고 공구 수명이 더욱 단축됩니다.

절단 과정에서 발생하는 높은 온도는 티타늄 합금 부품의 표면 무결성을 파괴하여 부품의 기하학적 정확도를 저하시키고 피로 강도를 심각하게 감소시키는 가공 경화 현상을 초래합니다.
티타늄 합금의 탄성은 부품 성능에 도움이 될 수 있지만 절삭 공정 중 가공물의 탄성 변형은 진동의 중요한 원인입니다. 절단 압력으로 인해 "탄성" 가공물이 공구에서 멀어지고 반동하게 되어 공구와 가공물 사이의 마찰이 절단 작용보다 더 커집니다. 마찰 과정은 또한 열을 발생시켜 티타늄 합금의 열전도율이 떨어지는 문제를 악화시킵니다.
이 문제는 벽이 얇거나 쉽게 변형되는 링 모양의 부품을 가공할 때 더욱 심각합니다. 티타늄 합금 벽이 얇은 부품을 예상되는 치수 정확도로 가공하는 것은 쉽지 않습니다. 공작물 재료가 공구에 의해 밀려나면 얇은 벽의 국부 변형이 탄성 범위를 초과하고 소성 변형이 발생하기 때문에 절단 지점의 재료 강도와 경도가 크게 증가합니다. 이 시점에서 원래 결정된 절삭 속도가 너무 높아져 공구 마모가 더욱 빨라집니다.

따라서 티타늄 합금 가공이 어려운 가장 큰 원인은 바로 '열'입니다.

이러한 문제를 극복하고 티타늄 합금을 성공적으로 가공하기 위해 몇 가지 접근 방식을 사용할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

(1) 포지티브 앵글 형상 인서트를 사용하여 절삭력, 절삭 열 및 공작물 변형을 줄입니다.
(2) 공작물의 경화를 방지하기 위해 일정한 이송을 유지하십시오. 절삭 공정 중에는 공구가 항상 이송 상태에 있어야 합니다. 반경 방향 절삭량 ae는 밀링 시 반경의 30%가 되어야 합니다.
(3) 가공 공정의 열 안정성을 보장하고 과도한 온도로 인한 공작물 표면 변질 및 공구 손상을 방지하려면 고압 및 고유량 절삭유를 사용하십시오.
(4) 칼날을 날카롭게 유지하십시오. 무딘 공구는 열 축적과 마모의 원인이 되어 쉽게 공구 고장을 일으킬 수 있습니다.
(5) 티타늄 합금은 담금질 후 가공이 더욱 어려워지기 때문에 최대한 부드러운 상태로 가공하고, 열처리를 하면 소재의 강도가 증가하고 블레이드의 마모가 증가하기 때문입니다.
(6) 큰 공구 끝 원호 반경 또는 모따기를 사용하여 가능한 한 많은 공구 가장자리를 절단에 삽입하십시오. 이는 모든 지점에서 절삭력과 발열을 줄이고 국부적인 파손을 방지합니다. 티타늄합금을 밀링할 때 절삭변수 중 절삭속도는 공구수명 vc에 가장 큰 영향을 미치고, 그 다음은 반경방향 공구 절입(밀링깊이) ae이다.

일반적으로 티타늄 합금을 가공할 때 발생하는 날 홈 마모는 절삭 깊이 방향을 따라 앞뒤면의 국부적인 마모입니다. 이전 가공에서 남겨진 경화층으로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 800도를 넘는 가공 온도에서 공구와 피삭재 사이의 화학 반응과 확산도 홈 마모의 원인 중 하나입니다. 가공 과정에서 가공물의 티타늄 분자가 블레이드 앞에 축적되어 높은 압력과 온도에서 블레이드에 "용접"되어 구성인선을 형성하기 때문입니다. 구성인선이 절삭인선에서 벗겨지면 인서트의 초경 코팅도 함께 벗겨지므로 티타늄 가공에는 특수한 인서트 재질과 형상이 필요합니다.

절삭 속도, 이송 속도, 절삭 깊이를 포함한 절삭 조건도 절삭 공구 성능과 완제품 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 최적의 절삭 매개변수는 가공되는 티타늄 합금의 유형에 따라 달라질 수 있지만 일반적으로 열을 줄이고 가공 경화를 방지하려면 절삭 속도를 낮추고 이송 속도를 높이는 것이 좋습니다.

절삭 공구와 작업물을 적절한 온도로 유지하려면 적절한 절삭유 시스템을 사용하는 것이 중요합니다. 에멀젼과 같은 수성 냉각제는 재료와 화학 반응을 일으키지 않고 효과적인 냉각 및 윤활 특성을 제공하기 때문에 티타늄 가공에 널리 사용됩니다.
이러한 어려움에도 불구하고 티타늄은 많은 현대 응용 분야에서 매우 중요한 소재로 여전히 인기가 높습니다. 올바른 절삭 공구, 절삭 조건, 절삭유 시스템 및 고급 가공 기술을 사용하면 이 소재를 가공할 때의 어려움을 극복하고 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다.