4.21. Химический состав технического титана

Марка	Содержание примесей, %, не более
	Fe	Si	C	O	N	H	Прочие
ВТ1-00	0,12	0,08	0,05	0,10	0,04	0,008	0,1
ВТ1-0	0,18	0,10	0,07	0,12	0,04	0,010	0,3

Несмотря на высокую температуру плавления, чистый технический титан не обладает жаропрочностью, поэтому чаще применяют разные сплавы на его основе, обладающие более высокими характеристиками прочности и жаропрочности при сохранении достаточно высоких пластичности и коррозионной стойкости. В табл.4.22 показаны механические свойства титановых сплавов. Наибольшее применение нашли сплавы на основе титана, легированного алюминием, оловом, марганцем, хромом и ванадием.

Теплофизические и механические характеристики титановых сплавов являются основной причиной снижения скорости резания при их лезвийной обработке примерно в 5 раз по сравнению со скоростью резания конструкционных сталей.

Температура деформации при резании титановых сплавов достаточно высокая из-за малой удельной теплоемкости. Но поскольку в этом случае деформация происходит не по всему сечению стружки, а лишь по краям образующихся элементов, средняя температура деформации в зоне стружкообразования невелика. Образующаяся стружка - как правило, псевдосливная - состоит из отдельных малодеформированных элементов, связанных между собой в тонком прирезцовом слое стружки.

4.22. Механические свойства титановых сплавов

Марка сплава	В, МПа	, %	KCU, кДж/м2	Вид полуфабриката
ВТ5	750…950	10	500	Отливки, профили, поковки
ВТ5-1	800…1 000	10	400	Литы, профили, трубы
ВТ4	700…900	11	400	Листы, полосы, ленты
ВТ6	950…1 700	8	400	Поковки, листы, трубы
ВТ8	1 050…1250	11	300	Поковки

Отсутствие нароста и за­стойных явлений способствует неблагоприятной схеме износа режущего лезвия: деформации и округлении режущей кромки. Зачастую разрушение начинается с вершины инст­румента.

Таким образом, труднообрабатываемые материалы значительно различаются по свойствам и назначению (высокопрочные и сверхпрочные, коррозионностойкие, жаропрочные, жаростойкие тугоплавкие, магнитные и немагнитные и др.), строению и основному элементу, входящему в его состав (никелевые, кобальтовые, титановые, алюминиевые, вольфрамовые и др.). Из всего этого многообразия наиболее широко применяются жаропрочные, коррозионностойкие сплавы на основе железа, никеля, кобальта и титана.

Сплавы на основе кобальта и никеля характеризуются высокой жаропрочностью, они не теряют свои свойства при нагревании до 800-850С. Высокую жаропрочность этих сплавов обеспечивают легирующие карбидообразующие тугоплавкие элементы (вольфрам, молибден, тантал, ниобий и др.), которые сдерживают рост размеров (коагуляцию) зерна при нагреве.

Процесс резания представляет собой комплекс чрезвычайно сложных явлений, зависящих от физико-механических свойств обрабатываемого материала, качества режущего инструмента, условий резания, состояния станка, жесткости технологической системы. При резании труднообрабатываемых материалов основной негативный фактор – это высокая температура в зоне резания, которая приводит к разупрочнению стандартных твердых сплавов, снижению стойкости режущего инструмента и вынужденному уменьшению скорости резания. Снижение скорости резания влечет за собой увеличение времени обработки, что сказывается на производительности и себестоимости обработки в целом.

Высокие значения твердости и прочности труднообрабатываемых материалов, которые сохраняются при нагревании до высоких температур (см. рис. 4.21 и 4.22), приводят к образованию интегральных термомеханических напряжений в зоне резания, которые повышают вероятность выхода из строя режущего инструмента вследствие его хрупкого или пластического (вязкого) разрушения.

Высокая химическая активность большинства труднообрабатываемых материалов, особенно при температурах, возникающих при резании, приводит к активизации физико-химических процессов на контактных площадках инструмента (граничная адгезия, твердофазные и жидкофазные диффузионные реакции между инструментальным и обрабатываемым материалами) и является главной причиной интенсификации таких видов изнашивания режущего инструмента, как адгезионно-усталостный и диффузионный. Склонность труднообрабатываемых материалов некоторых групп (например, никелевых сплавов) к механическому упрочнению в процессе пластического деформирования при резании (наклепу) приводит к росту интенсивности абразивного изнашивания. Кроме того, как правило, при упрочнении металла возрастают его упругие свойства, что приводит к увеличению упругого последействия, увеличению длины контакта задней поверхности и поверхности резания. Как следствие увеличивается тепловыделение за счет трения, что в совокупности со склонностью к адгезии инструментального и обрабатываемого материала приводит к изнашиванию контактной площадки задней поверхности режущего инструмента.

Краткий анализ свойств труднообрабатываемых материалов с точки зрения процесса резания показывает, что основными причинами отказов инструмента можно считать:

- потери формоустойчивости режущей части инструмента (пластическое разрушение);

- физико-химические виды изнашивания контактных площадок режущего инструмента, в частности адгезионно-усталостное изнашивание.

Таким образом, при лезвийной обработке труднообрабатываемых материалов возникает задача разработки инструментального материала улучшенного состава с учетом приведенных особенностей процесса резания труднообрабатываемых материалов. Одним из важнейших показателей инструментального материала в данном случае является повышенная теплостойкость и прочность.

Согласно международному стандарту ISO513: 2004-07 при обработке резанием рассмотренные виды труднообрабатываемых материалов условно на группы обрабатываемости:M(обработка коррозионностойких сталей),S(обработка жаропрочных сталей и сплавов, титана и его сплавов) иH(обработка закаленных сталей и чугуны. В табл. 4.5 - 4.7 приведены рекомендации по применению инструментальных материалов для обработки коррозионностойких сталей. В табл. 4.23 приведены рекомендации по выбору инструментальных материалов и скоростям резания для обработки жаропрочных сталей и сплавов и титановых сплавов.