گرید 1 و درجه 2 هر دو از تیتانیوم خالص تجاری (CP Ti) هستند که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و پردازش پذیری عالی خود مشهور هستند. با این حال، تفاوت های ظریف در ترکیب شیمیایی (عمدتاً محتوای اکسیژن و آهن) منجر به تغییر در شکل پذیری، سازگاری با جوش و ماشین کاری آنها می شود.
1. شکل پذیری (عملکرد ساخت)
شکل پذیری به توانایی یک ماده برای تغییر شکل پلاستیک (مثلاً خمش، کشیدن، غلتش، مهر زنی) بدون ترک یا شکست اشاره دارد. این ویژگی مستقیماً تحت تأثیر شکل پذیری، استحکام تسلیم، و نرخ سخت شدن کار{3}}خواص کلیدی است که به دلیل محتوای عنصر بینابینی بین درجه 1 و درجه 2 متفاوت است.
| جنبه | تیتانیوم درجه 1 | تیتانیوم درجه 2 |
|---|---|---|
| شکل پذیری و ازدیاد طول | شکل پذیری استثنایی (ازدیاد طول در هنگام شکست: 24-30٪ در هر ASTM B265). می تواند عملیات شکل دهی در سرمای شدید (مانند کشش عمیق، خمش پیچیده، شکل دهی چرخشی) را بدون بازپخت میانی تحمل کند. | شکل پذیری خوب (ازدیاد طول در هنگام شکست: 20-25٪ در هر ASTM B265). برای اکثر فرآیندهای شکلدهی استاندارد مناسب است اما ممکن است پس از تغییر شکلهای سنگین برای بازیابی شکلپذیری نیاز به بازپخت داشته باشد. |
| قدرت تسلیم | قدرت تسلیم کمتر (بیشتر یا مساوی 170 مگاپاسکال، ASTM B265). کاهش مقاومت در برابر تغییر شکل، شکل دهی آن را با نیروهای شکل دهی کمتر آسان می کند. | قدرت تسلیم بالاتر (بیشتر یا مساوی 275 مگاپاسکال، ASTM B265). مقاومت نسبتاً بالاتر در برابر تغییر شکل به نیروی شکل دهی کمی بیشتر در مقایسه با درجه 1 نیاز دارد. |
| میزان سخت شدن کار | سخت شدن آهسته کار. شکل پذیری را در طی مراحل مختلف شکل دهی حفظ می کند و نیاز به عملیات حرارتی را به حداقل می رساند. | سخت شدن کار متوسط. کمی سریعتر از درجه 1 سخت میشود، اما همچنان برای اکثر جریانهای ساخت قابل کنترل است. |
| فرآیندهای تشکیل کلید | ایده آل برای: کشش عمیق (به عنوان مثال، مخازن ذخیره مواد شیمیایی، اجزای دستگاه پزشکی)، خمش دقیق، شکل دهی رول، و شکل دهی مداری. | مناسب برای: خمش استاندارد، نورد (به عنوان مثال، لوله، ورق)، مهر زنی، و فلنج. در مقایسه با درجه 1 برای طراحی فوق العاده{3}}بهینه کمتر است. |
| الزامات آنیلینگ | به ندرت برای تشکیل عملیات مورد نیاز است. بازپخت (650-700 درجه، خنک کننده هوا) فقط برای قطعات پیچیده با تغییر شکل شدید توصیه می شود. | ممکن است به بازپخت پس از شکلدهی سنگین برای کاهش تنشهای پسماند و بازیابی شکلپذیری، بهویژه برای قطعات مورد استفاده در کاربردهای حیاتی (مانند مخازن تحت فشار) نیاز داشته باشد. |
2. روش های جوشکاری مناسب
هر دو تیتانیوم درجه 1 و درجه 2 به دلیل محتوای کربن کم و عدم وجود عناصر آلیاژی که باعث شکنندگی می شوند، جوش پذیری بسیار خوبی از خود نشان می دهند. با این حال، میل ترکیبی بالای تیتانیوم برای اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن در دماهای بالا نیاز به محافظ دقیق برای جلوگیری از آلودگی جوش دارد.
| روش جوشکاری | مناسب برای درجه 1 / درجه 2 | ملاحظات کلیدی برای کاربرد صنعتی |
|---|---|---|
| جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW/TIG) | بسیار مناسب (که بیشتر برای CP Ti استفاده می شود). جوش هایی با کیفیت بالا و مقاوم در برابر خوردگی-با حداقل پاشش ایجاد می کند. | - از آرگون با خلوص{{1} بالا (99.99%+) برای محافظت (حوض جوش، ناحیه تحت تأثیر حرارت-و قسمت پشتی اتصال) استفاده کنید.
- از جوشکاری در هوا یا رطوبت خودداری کنید. فلز پایه را از قبل تمیز کنید (روغن، گریس، لایه های اکسید را بردارید) تا از آلودگی جلوگیری شود.
- برای قطعات نازک تا متوسط-ضخامت (0.5 تا 12 میلی متر)، مانند لوله ها، ورق ها و ایمپلنت های پزشکی توصیه می شود. |
| جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW/MIG) | مناسب برای مقاطع متوسط تا ضخیم (3-20 میلی متر). نرخ های رسوب گذاری بالاتری نسبت به GTAW ارائه می دهد و بهره وری را برای پروژه های بزرگ-مقیاس بهبود می بخشد. | - از گاز محافظ غنی از آرگون (آرگون + 2–۵٪ هلیوم) برای افزایش پایداری قوس استفاده کنید.
- فلزات پرکننده خاص تیتانیوم- (به عنوان مثال، ERTi-1 برای درجه 1، ERTi-2 برای درجه 2) را برای مطابقت با ترکیب فلز پایه انتخاب کنید.
- ایده آل برای ساخت تجهیزات صنعتی (به عنوان مثال، راکتورهای شیمیایی، سازه های دریایی). |
| جوشکاری قوس پلاسما (PAW) | مناسب برای جوشکاری دقیق ورق های نازک (0.1-6 میلی متر) و اتصالات باریک. نفوذ عمیق تر و کنترل بهتری نسبت به GTAW ارائه می دهد. | - به تجهیزات پیشرفته و مهارت اپراتور نیاز دارد. مناسب برای کاربردهای-با دقت بالا (به عنوان مثال، قطعات هوافضا، محفظه های الکترونیکی).
- برای جلوگیری از شکنندگی جوش، محافظ سختی را حفظ کنید. |
| جوشکاری پرتو الکترونی (EBW) | مناسب برای مقاطع ضخیم (تا 50 میلی متر) و جوش های-با دقت و استحکام بالا. بدون نیاز به محافظ اتمسفر (محیط خلاء). | - هزینه سرمایه بالا. معمولا برای اجزای حیاتی در صنایع هوافضا، دفاعی یا هسته ای استفاده می شود.
- گرما-عرض ناحیه تحت تأثیر (HAZ) را به حداقل میرساند و اعوجاج جوش را کاهش میدهد. |
| جوشکاری نقطه ای مقاومتی (RSW) | مناسب برای ورق های نازک (0.3-3 میلی متر) در خودرو، هوافضا، یا لوازم الکترونیکی مصرفی. سرعت جوشکاری سریع و حرارت ورودی کم. | - برای جلوگیری از چسبیدن از الکترودهای مسی با خنک کننده آب استفاده کنید.
- از تراز و فشار مناسب برای جلوگیری از نفوذ ضعیف جوش اطمینان حاصل کنید.
ممکن است برای حذف اکسیدهای سطح، - تمیز کردن پس از جوش- مورد نیاز باشد. |
| جوشکاری فلزات پرکننده | درجه 1: ERTi-1 (با خلوص و شکل پذیری مطابقت دارد)
درجه 2: ERTi-2 (با استحکام و مقاومت در برابر خوردگی مطابقت دارد) |
از استفاده از فلزات پرکننده با محتوای اکسیژن یا آهن بالا خودداری کنید، زیرا می توانند شکل پذیری جوش و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش دهند. |
نکته مهم جوشکاری: هر دو گرید نیاز به تمیز کردن بعد از جوش{0}} (مثلاً آسیاب کردن، ترشی کردن) دارند تا لایه اکسیدی شکننده (TiO2) تشکیل شده روی سطح جوش را حذف کند. برای کاربردهایی که به حداکثر مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارند (مانند پردازش شیمیایی)، بازپخت پس از جوش (600-650 درجه، محافظ آرگون) ممکن است برای کاهش تنشهای پسماند توصیه شود.
3. تفاوت ماشینکاری بین درجه 1 و درجه 2
ماشینکاری به سهولت برش، سوراخ کردن، فرزکاری یا چرخاندن یک ماده در حین حفظ عمر ابزار و پرداخت سطح اشاره دارد. رسانایی حرارتی کم تیتانیوم (≈1/4 فولاد) و واکنش شیمیایی بالا در دماهای بالا، آن را به یک ماده «ماشینکاری-سخت{4}}میسازد، اما تفاوتهای بین درجه 1 و درجه 2 قابل توجه است.
| جنبه | تیتانیوم درجه 1 | تیتانیوم درجه 2 |
|---|---|---|
| رتبه ماشین کاری | ماشینکاری کمی بهتر (امتیاز: ~25 در مقابل فولاد=100). استحکام کمتر و سرعت سخت شدن کار باعث کاهش سایش ابزار می شود. | ماشینکاری نسبتاً دشوارتر است (امتیاز: ~20 در مقابل فولاد=100). استحکام تسلیم بالاتر و سرعت سخت شدن کار باعث افزایش نیروهای برش و تنش ابزار می شود. |
| نیروهای برش | نیروهای برش کمتر مورد نیاز است. کاهش مقاومت در برابر تشکیل تراشه، انحراف ابزار را به حداقل می رساند. | نیروهای برشی بالاتر مورد نیاز است. مواد سفت تر، بار ابزار را افزایش می دهد، به ویژه در حین عملیات خشن کردن. |
| سخت کاری | سخت شدن آهسته کار. تراشهها پیوسته هستند و کمتر به ابزار میچسبند (- لبه بالا، BUE). | سخت شدن کار متوسط. تراشه ها ممکن است ناپیوسته شوند و به ابزار بچسبند که منجر به پوشش ضعیف سطح و افزایش سایش ابزار شود. |
| زندگی ابزار | عمر ابزار طولانی تر (10-15٪ بیشتر از درجه 2) هنگام استفاده از پارامترهای برش یکسان. | عمر ابزار کوتاه تر به دلیل اصطکاک و گرمای بیشتر در رابط تراشه-. |
| ابزارهای برش توصیه شده | ابزار کاربید (مانند WC{2}}Co) با لبههای تیز و زوایای چنگک مثبت. پوشش های TiAlN یا الماس مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد. | مواد ابزار مشابه درجه 1 است، اما ممکن است برای استفاده طولانی مدت نیاز به تعویض مکرر ابزار یا پوششهای{1}}با کیفیت بالاتر (مانند الماس CVD) داشته باشد. |
| پارامترهای برش | - سرعت: 30 تا 60 متر در دقیقه (تراش/فرزکاری)
- نرخ تغذیه: 0.1–0.2 میلیمتر در دور
- عمق برش: ۱ تا ۳ میلیمتر
- از مایعات برش (مانند روغن معدنی + افزودنیهای فشار شدید) برای دفع گرما استفاده کنید. |
- سرعت: 25 تا 50 متر در دقیقه (کمتر از درجه 1 برای کاهش گرما)
- سرعت تغذیه: 0.08-0.15 میلیمتر بر دور (کمتر برای به حداقل رساندن سختی کار)
- عمق برش: ۱ تا ۲ میلیمتر (کمتر برای کاهش بار ابزار)
- افزایش نیاز به سرمایش (به عنوان مثال،-سیستم های خنک کننده با فشار بالا). |
| پایان سطح | به دلیل کاهش تشکیل BUE، دستیابی به سطوح صاف (Ra کمتر یا مساوی 0.8 میکرومتر) آسان تر است. | اگر پارامترهای برش بهینه نشده باشند، مستعد پرداخت ضعیفتر سطح هستند. ممکن است به عملیات تکمیلی اضافی نیاز داشته باشد (به عنوان مثال، سنگ زنی، پرداخت). |
بهترین روش های ماشینکاری برای هر دو درجه:
برای به حداقل رساندن لرزش و انحراف ابزار از ماشین ابزارهای سفت و سخت استفاده کنید.
تا حد امکان از برش های قطع شده (مثلاً راه های کلید، شکاف ها) خودداری کنید، زیرا باعث افزایش سایش ابزار می شوند.
ابزارهای برش را برای کاهش اصطکاک و تولید گرما تیز نگه دارید.
از ماشینکاری خشک فقط برای عملیاتهای کوچک و کم فشار استفاده کنید، ماشینکاری مرطوب با سیالهای برش تیتانیوم تخصصی برای اکثر کاربردها ترجیح داده میشود.
