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チタン合金製品の加工 - 切削、研削、押出し、鍛造、鋳造プロセス

キーワード:チタン合金、チタン合金製品加工性能、切削、研削、押出、鍛造、チタン合金部品鋳造工程

チタン合金切削部品の被削性
チタン合金は高強度で高硬度であるため、高度な加工装置が必要であり、金型および工具は高強度および高硬度でなければならない。切削するとき、切りくずとすくい面との間の接触面積は小さく、そして先端における応力は大きい。 45鋼と比較して、チタン合金の切削力はわずか2/3 - 3/4ですが、チップとすくい面の間の接触面積は小さいので(45鋼の1/2 - 2/3のみ)、工具切削ブレードはより大きな応力を受け、刃先は磨耗しやすく、チタン合金は大きな摩擦係数と低い熱伝導率(それぞれ鉄とアルミニウムの1/4と1/16だけ)を持ちます。工具とチップとの間の接触長は短く、そして切断熱は切断縁部近くの小さい領域に蓄積し、それは容易には放散されない。これらの要因により、チタン合金の切削温度が高くなり、それが工具の摩耗を加速させ、加工品質に影響を与える可能性があります。チタン合金の低い弾性率のために、工作物は切削工程中に大きく跳ね返り、それは工具の歯の表面の磨耗および工作物の変形を引き起こすかもしれない。チタン合金は、高温で高い化学活性を有し、空気中の水素や酸素などのガス不純物と容易に反応して硬化層を形成し、これが工具の摩耗をさらに悪化させる。チタン合金加工では、加工物材料は工具表面に容易に接合され、切削温度が高いので、工具は拡散摩耗および接合摩耗を起こしやすい。
チタン合金加工特性

チタン合金製品の研削性能
チタン合金は化学的性質を有し、親和性があり、高温で研磨剤に付着し、砥石車をブロックし、砥石車を老化させ、研削性能を低下させ、研削精度を保証する。 砥石車の摩耗はまた、砥石車と工作物との間の接触面積を増大させ、その結果、熱放散状態の悪化、研削区域の温度の急激な上昇、および研削面における大きな熱応力をもたらし、工作物に部分的な火傷および研削割れをもたらす。 チタン合金は高強度および高靭性を有し、それは研削プロセス中に研磨シートを分離することを困難にし、研削力が増大し、それに応じて研削電力消費量が増大する。 チタン合金は、熱伝導率が低く、比熱が小さく、研削中の熱伝達が遅いため、アーク領域に熱が蓄積し、研磨領域の温度が急激に上昇します。
チタン合金研削特性

チタン押出加工性能
チタンおよびチタン合金の押出し加工において、過度の温度降下を防ぐために高い押出し温度および高い押出し速度が必要とされ、そして高温ブランクと金型との間の接触時間はできるだけ短くされるべきである。したがって、押出ダイは新しいタイプの耐熱性モールド材料を選択すべきであり、加熱炉から押出シリンダーへのブランク搬送の速度もまた速いはずである。 金属は加熱および押出し中にガスによって容易に汚染されるという事実を考慮して、適切な保護手段がとられるべきである。 スリーブ押出しおよびガラス潤滑押出しのような金型の結合を防ぐために、押出しプロセス中に適切な滑剤を選択すべきである。チタンおよびチタン合金の大きな変形熱効果のために、熱伝導率は乏しいので、押出変形が過熱しないように特別な注意を払うべきである。チタン合金の押出プロセスは、チタン合金の特別な物理的および化学的性質によって決定される、アルミニウム合金、銅合金および均一鋼の押出プロセスよりも複雑です。 従来のチタン合金ホットバック押出成形では、金型温度が低く、金型と接するビレットの表面温度が急激に低下し、変形熱によりビレット内部の温度が上昇していた。チタン合金は熱伝導率が低く表面温度が低いため、内層ブランクの熱が時間的に表層に伝わらず、表面硬化層が発生し、変形を続けることが困難となる。同時に、表層と内層は大きな温度勾配を生じ、形成できたとしても、変形や組織の凹凸を生じやすい。
チタン合金押出加工特性
 
チタン鍛造加工性
チタン合金は鍛造プロセスパラメータに非常に敏感です。鍛造温度、変形、変形および冷却速度の変動は、チタン合金の構造および特性に変化を生じさせるであろう。鍛造品の構造特性をよりよく制御するために、近年、熱間鍛造および等温鍛造などの高度な鍛造技術がチタン合金の鍛造製造に広く使用されている。チタン合金の塑性は温度の上昇と共に増大する。1000〜1200℃の温度範囲で、塑性は最大に達し、変形度は70%〜80%に達することが許される。チタン合金の鍛造温度範囲は狭く、(インゴット鋳造を除く)(α+β)/β転移温度に従って厳密に制御されるべきであり、そうでなければβ結晶粒は激しく成長し、室温の塑性を低下させる。αチタン合金は通常、(α+β)二相領域で鍛造される。 鍛造温度が(α+β)/β相変化線よりも高い場合、それはβ脆弱相をもたらすであろう。 ベータチタン合金の初期鍛造と最終鍛造の両方が(α+β)/ベータ転移温度より上でなければならない。変形速度の増加と共に、チタン合金の変形抵抗は急速に増加し、鍛造温度はチタン合金の変形抵抗に大きな影響を及ぼした。したがって、従来の鍛造は、鍛造金型内で最小限の冷却で行わなければならない。侵入元素(O、N、Cなど)の含有量もまた、チタン合金の鍛造性に大きな影響を与える。

チタン鍛造加工特性
 
チタンおよびチタン合金鋳造プロセス性能
チタンおよびチタン合金の高い化学活性のために、それは空気中のN、OおよびNと激しく反応する傾向がありそして鋳造に通常使用される耐火物と容易に反応する。チタンおよびチタン合金の鋳造、特にインベストメント鋳造は、特殊な方法によって達成することができるアルミニウムおよび鋼のインベストメント鋳造よりもはるかに困難である。鋳造チタンの開発の開始時には、鋳造プロセスの開発は圧力処理技術より遅れています。そのため、鋳造用合金材料としては、TiO 6 AlO 4 V、TiO 5 Al 2 O 5 Sn等のある程度の変形を有する中強度チタン合金が選択される。これらの合金は今日でもなお広く使用されています。しかしながら、チタン鋳造プロセスおよび用途の発展と共に、鋳造チタン合金の様々な態様の性能要件が改善され、鋳造の構造上の複雑さが増してきた。 過去において、「全ての変形チタン合金は鋳造合金としての使用に適している」という主張は訂正されるべきであった。合金の動作温度および加工強度が増加するにつれて、合金中の添加元素の量および量はそれに応じて増加する。しかしながら、合金の鋳造特性、流動化凝固領域の結晶構造、および機械的特性を考慮する必要がある。すなわち、合金の化学組成は鋳造工程の要求に従って調整されなければならない。
チタン合金鋳造プロセス
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