Waarom Draaderozie van Titaniumlegeringen Uitdagend Is – en Hoe het Op telossen

Als u CNC-bewerking van titanium wilt uitvoeren, hebben mensen vaak meer tijd nodig om na te denken over hoe titaniumlegeringen eenvoudiger te bewerken zijn. Omdat het altijd uitdagend is om titaniumlegeringen te verwerken door draaderozie, is draaderozie de beste verwerkingsmethode. Waarom is het uitdagend om titaniumlegeringen te verwerken door draaderozie?

Om dit probleem op te lossen, moeten we eerst enkele algemene metaleigenschappen van titaniumlegeringen begrijpen.

Wat is Titaniumlegering?

Titanium is een nieuw type metaal. De prestaties van titanium hangen samen met de inhoud van onzuiverheden zoals koolstof, stikstof, waterstof en zuurstof. Het zuiverste titaniumjodide heeft een onzuiverheidsgehalte van niet meer dan 0,1%, maar heeft een lage sterkte en hoge plasticiteit. De eigenschappen van 99,5% industriële zuiver titanium zijn: dichtheid ρ=4,5 g/cm³, smeltpunt 1725 °C, warmtegeleiding λ=15,24 W/(m·K), trekksterkte σb=539 MPa, rek δ=25%, querschnittsverkleining ψ=25%, elastische modulus E=1,078×10⁵ MPa, hardheid HB195.

Wat zijn de Eigenschappen van Titaniumlegeringen?

• Hoge Specifieke Sterkte

De dichtheid van titaniumlegering is doorgaans ongeveer 4,51 g/cm³, wat slechts 60% van staal is. De dichtheid van zuiver titanium is vergelijkbaar met die van gewoon staal, en sommige hoge-sterkte titaniumlegeringen overschrijden de sterkte van veel legeringsconstructiestalen. Daarom is de specifieke sterkte (sterkte/dichtheid) van titaniumlegering veel groter dan die van andere metalen constructiematerialen, en kunnen onderdelen met hoge eenheidssterkte, goede stevigheid en licht gewicht worden geproduceerd. Titaniumlegeringen worden gebruikt in vliegtuigmotorkomponenten, skeletten, huiden, bevestigingsmiddelen, landinggestellen, en sommige luchtvaartcomponenten.

• Hoge Thermische Sterkte

The bedrijfstemperatuur is enkele honderden graden hoger dan die van aluminiumlegeringen, en de vereiste sterkte kan nog steeds bij matige temperaturen worden gehandhaafd. Het kan langdurig werken bij een temperatuur van 450 tot 500 °C, terwijl de specifieke sterkte van aluminiumlegeringen aanzienlijk afneemt bij 150 °C. De werktemperatuur van titaniumlegering kan 500 °C bereiken, en de werktemperatuur van aluminiumlegering is onder 200 °C.

• Goede Corrosiebestendigheid

Titaniumlegering werkt in een vochtige atmosfeer en zeewatermedium, en de corrosiebestendigheid is veel beter dan roestvrij staal; het heeft bijzondere sterke weerstand tegen putcorrosie, zuurcorrosie en spanningscorrosie; goederen, salpeterzuur, zwavelzuur, enz. hebben uitstekende corrosiebestendigheid. Echter, titanium heeft slechte corrosiebestendigheid tegen media met zuurstofreducerende en chroomzouten.

• Goede Laagtemperatuurprestaties

Titaniumlegeringen kunnen hun mechanische eigenschappen bij lage en ultra-lage temperaturen behouden. Bij extreme lage temperaturen kunnen titaniumlegeringen met extreem lage tussenliggende elementen, zoals TA7, nog steeds bepaalde plasticiteit behouden bij -253 °C. Daarom is titaniumlegering ook een belangrijk laagtemperatuur constructiemateriaal.

• Hoge Chemische Activiteit

Titanium heeft een hoge chemische activiteit en produceert sterke chemische reacties met O, N, H, CO, CO₂, waterdamp, ammonia, enz. in de atmosfeer. Wanneer de koolstofinhoud groter is dan 0,2%, zal een hard TiC in de titaniumlegering worden gevormd; bij hoge temperatuur zal er ook een harde oppervlaktelaag van TiN worden gevormd bij interactie met N; wanneer de temperatuur boven 600 °C is, absorbeert titanium zuurstof om een geharde laag met hoge hardheid te vormen; verhoogde waterstofinhoud zal ook een embrittlementlaag vormen. De diepte van de harde en broze oppervlaktelaag geproduceerd door gasabsorptie kan 0,1 tot 0,15 mm bereiken, en de verhardingsgraad is 20% tot 30%. De chemische affiniteit van titanium is ook groot, en het hecht gemakkelijk aan het wrijvingsoppervlak.

• Kleine Warmtegeleiding

De warmtegeleiding van titanium λ=15,24 W/(m·K) is ongeveer 1/4 van nikkel, 1/5 van ijzer, 1/14 van aluminium, en de warmtegeleiding van diverse titaniumlegeringen is ongeveer 50% lager dan die van titanium. De elastische modulus van titaniumlegering is ongeveer 1/2 van staal, zodat de stevigheid slecht is en het gemakkelijk deformeert, daarom is het niet geschikt om slankere staven en dunwandige onderdelen te maken.

Samenvatting

Daarom kunnen we, volgens de bovengenoemde metaleigenschappen van titaniumlegeringen, weten dat titanium een metaal is met hoge sterkte, hoge hardheid, hoge hittebestendigheid en lage warmtegeleiding. Dan is het draaderozieproces door het fenomeen van elektrische corrosie, de hoge-frequente ontlading tussen de molybdeendraad en het werkstuk, en de instantane hoge temperatuur smelt het metaal voor snijden.

Titaniummetaal is erg stabiel in lucht bij kamertemperatuur. Alleen wanneer het voor een bepaalde tijd op hoge temperatuur wordt verwarmd, zal het zijn kleur veranderen, en het belangrijkste is dat het blauw wordt. Dit is voornamelijk omdat metalen titanium bij verwarmen in de lucht oxideren met zuurstof om een dichte oxidefilm te vormen.

Deze oxidefilm kan niet alleen het oppervlak van titaniummetaal beschermen, maar is ook de fundamentele bron van de kleurverandering van titanium. De reactievergelijking van titaniumoxidatie is Ti + O₂ → TiO₂, en de reactievoorwaarde is hoge temperatuur verwarming (namelijk de warmtebeïnvloede laag aan beide kanten van de draaderoziespleet). Wanneer de verwarmingstemperatuur laag is, is de oxidefilm op het titaniumoppervlak bijna transparant, wat voor mensen moeilijk waarneembaar is met het blote oog, maar wanneer de temperatuur stijgt, zal de oxidefilm in de pot geleidelijk verdikken en interfereren met licht. Verschillende kleuren verschijnen in het menselijk oog. Daarom bepaalt de dikte van de oxidefilm welke kleur het titaniumoppervlak zal aannemen.