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Rendimiento de corte del titanio y sus aleaciones

El titanio es un alótropo con un punto de fusión de 1720 °C. Cuando es inferior a 882 °C, tiene una estructura reticular hexagonal compacta, que se denomina aleación de titanio α; cuando es superior a 882 °C, tiene una estructura reticular cúbica centrada en el cuerpo, que se denomina titanio β. Existen tres tipos de estructuras de matriz en las aleaciones de titanio a temperatura ambiente. Las aleaciones de titanio también se dividen en las siguientes tres categorías: aleación de titanio α, aleación de titanio β y aleación de titanio α + β. La norma nacional representa TA, TB y TC respectivamente.

La aleación de titanio α tiene una buena maquinabilidad, seguida de la aleación de titanio a+β, y la aleación de titanio β es inferior. Incluso si es el mismo tipo de aleación de titanio, debido a su diferente resistencia a la tracción y composición, su rendimiento de corte también es diferente. La siguiente tabla es parte de la tabla universal de resistencia a la tracción y dureza del titanio y sus aleaciones.

Aunque el titanio puro comercial se corta de manera similar al acero inoxidable austenítico, la mayoría de las aleaciones de titanio no son fáciles de mecanizar. Cuando la dureza de la aleación de titanio es mayor que HB350, el corte es particularmente difícil, y cuando la dureza es menor que HB300, es propenso a pegarse y el corte es difícil. Pero la dureza de la aleación de titanio es solo un aspecto que es difícil de cortar. La clave radica en la influencia de la combinación de propiedades químicas, físicas y mecánicas de la aleación de titanio en su maquinabilidad. La aleación de titanio tiene las siguientes características de corte:

(1) Coeficiente de deformación pequeño: Esta es una característica significativa del procesamiento de corte de aleación de titanio, y el coeficiente de deformación es menor o cercano a 1. La distancia de fricción deslizante de las virutas en la cara de desprendimiento aumenta considerablemente, lo que acelera el desgaste de la hoja de sierra de cinta.

(2) Alta temperatura de corte: Debido a que la conductividad térmica de la aleación de titanio es muy pequeña (solo equivale a 1/5 a 1/7 del acero n.° 45), la longitud de contacto entre la viruta y la cara de ataque es extremadamente corta y el calor generado durante el corte no es fácil de transferir. Se concentra en un área pequeña cerca del área de corte y el borde de corte, y la temperatura de corte es muy alta. En las mismas condiciones de corte, la temperatura de corte puede ser más del doble que cuando se corta acero n.° 45.

La siguiente tabla es una tabla comparativa del rendimiento de corte relativo de la aleación de titanio y otros materiales:

(3) La fuerza de corte por unidad de área es grande: la longitud de contacto entre la viruta y la cara de ataque es extremadamente corta y la fuerza de corte por unidad de área de contacto aumenta considerablemente, lo que es probable que provoque astillado. Al mismo tiempo, debido al pequeño módulo elástico de la aleación de titanio, es propensa a la deformación por flexión bajo la acción de la fuerza radial durante el procesamiento, lo que provoca vibración, aumenta el desgaste de la hoja de sierra de cinta y afecta la precisión de las piezas. Por lo tanto, se requiere que el sistema de proceso tenga una buena rigidez.

(4) El fenómeno de enfriamiento es grave: debido a la alta actividad química del titanio, es fácil absorber oxígeno y nitrógeno en el aire para formar una piel dura y quebradiza a altas temperaturas de corte; al mismo tiempo, la deformación plástica durante el corte también provocará el endurecimiento de la superficie. El fenómeno de enfriamiento no solo reduce la resistencia a la fatiga de las piezas, sino que también agrava el desgaste de la hoja de sierra de cinta, que es una característica muy importante al cortar aleaciones de titanio.

(5) La punta del diente de la hoja de sierra de cinta es fácil de desgastar: después de que la pieza en bruto se procesa mediante estampación, forjado, laminado en caliente y otros métodos, formará una piel irregular dura y quebradiza, que es muy fácil de provocar astillado, lo que dificulta la eliminación de la piel dura en el procesamiento de aleaciones de titanio. Proceso. Además, debido a la fuerte afinidad química de la aleación de titanio con el material de la punta del diente de la hoja de sierra de cinta, la hoja de sierra de cinta es propensa al desgaste adhesivo en condiciones de alta temperatura de corte y alta fuerza de corte por unidad de área. Al serrar aleación de titanio, a veces la abrasión de la cara del rastrillo es incluso más grave que la de la cara del flanco. En el proceso de aserrado, debido a la baja conductividad térmica del material de aleación de titanio y la longitud de contacto extremadamente corta entre la viruta y la cara del rastrillo, el calor generado durante el corte no se transfiere fácilmente y se concentra en un rango pequeño cerca de la zona de deformación de corte y el borde de corte. Durante el procesamiento, el borde de corte producirá una alta temperatura de corte, lo que acortará en gran medida la vida útil de la hoja de sierra de cinta. En el caso de la aleación de titanio TC4, la temperatura de corte es el factor clave que afecta la vida útil de la hoja de sierra de cinta, no el tamaño de la fuerza de corte, en las condiciones de la resistencia de la punta del diente y la resistencia posterior de la hoja de sierra de cinta y la potencia de la máquina de aserrar. La siguiente tabla es una tabla resumen de las características del material de las aleaciones de titanio y la influencia de estas características en el corte.