Toczenie z Wysokim Ciśnieniem
Typowe Części:
Dyski, Pierścienie
Materiał:
Inconel 718, Inconel 625, Ti6Al4V, Ti17, Ti6246
Ekspercka Wiedza Metalurgiczna o Tytanie:
Stopy tytanu zachowują wytrzymałość w wysokich temperaturach i wykazują niską przewodność cieplną.
Inconel jest stopem specjalnym i charakteryzuje się wyjątkowym połączeniem odporności na korozję w wysokich temperaturach, odpornością na utlenianie oraz odpornością na pełzanie. Stopy specjalne świetnie nadają się do zastosowania w środowisku ekstremalnie wysokich temperatur oraz działania czynników chemicznych. Stopy specjalne mają bardzo niską skrawalność.
Stopy Alpha-Beta (α-ß)
Stopy te zawierają obydwie fazy α i ß oraz obydwa stabilizatory α i ß. Najprostszym i najbardziej popularnym stopem tej grupy jest Ti6Al4V, który używany jest przede wszystkim w przemyśle lotniczym. Stopy z tej kategorii łatwo dają się formować i przejawiają wysoką wytrzymałość w temperaturach otoczenia oraz podwyższoną wytrzymałość w temperaturach podwyższonych. Właściwości tych stopów mogą być zmieniane przez obróbkę cieplną.
Stopy Beta (ß)
Stopy Beta (ß) zawierają metale ułatwiające przemianę, takie jak V, Nb, Ta oraz Mo, które stabilizuję fazę ß. Przykłady stopów ß używanych w przemyśle, to Ti11.5Mo6Zr4.5Sn, Ti15V3Cr3Al3Sn, oraz Ti5553. Stopy Beta są łatwo obrabialne cieplnie, generalnie spawalne oraz mają wysoką wytrzymałość. Wyjątkową formowalność uzyskuje się w warunkach kąpielowych. Stopy ß mają jednak skłonność do przejścia ze stanu ciągliwego do kruchego i przez to są nieodpowiednie do zastosowań w niskich temperaturach. Stopy Beta mają dobre połączenie właściwości dla zastosowania ich w poszyciach, dużych kształtowników, zaczepów oraz śrub.
Metalurgiczna Wiedza Ekspercka o Stopach Specjalnych:
Stopy na Bazie Niklu
Stopy na bazie niklu są najszerzej stosowanymi spośród stopów odpornych na wysoką temperaturę. W rezultacie często spotyka się je w częściach silników lotniczych oraz turbin gazowych, jak również w przemyśle petrochemicznym, produkcji żywności, budowie reaktorów nuklearnych oraz urządzeniach redukujących zanieczyszczenia. Stopy na bazie niklu mogą być wzmocnione dwiema metodami: poprzez wzmacnianie roztworowe lub przez utwardzenie metodą wytrącania związków międzymetalicznych przy użycia katalizatora fcc. Stopy takie jak INCONEL® 625 oraz Hastelloy® X są wzmocnione wydzieleniowo. Te utwardzone wydzieleniowo stopy mogą być dodatkowo wzmocnione przez wtrącenia węglików. Wzmocnione przez wytrącenie węglików są stopy takie jak INCONEL® 718. Trzecią grupą stopów specjalnych na bazie niklu oznaczane MA-754, są stopy wzmocnione przez dyspersję obojętnych cząstek, takich jak tlenek itru (Y2O3) jak również faza y’ (gamma prima), oznaczane jako MA-6000E. Stopy na bazie niklu dostępne są w postaci odlewów i odkuwek. Wysoko stopowe kompozycje, takie jak Rene 95, Udimet 720 oraz IN100, są produkowane metoda metalurgii proszków obrabianych następnie przez kucie. Dla powyższych odkuwanych stopów i odlewów (Rene 80 and Mar-M247), czynnikiem utwardzającym jest faza y’. Dla INCONEL® 718 głównym czynnikiem wzmacniającym jest faza y’’ (gamma prima prima). Stopy, które zawierają niob, tytan oraz aluminium, takie jak INCONEL® 725 umacniane sa obydwiema fazami y’ i y’’.
Stopy na Bazie Kobaltu
Stopy na bazie kobaltu posiadają wyśmienitą odporność na korozję w temperaturach powyżej 2000˚ F (1093˚ C) i znajdują zastosowanie w bardziej gorących sekcjach turbin gazowych oraz komorach spalania. Dostępne są w formie odlewów i odkuwek i zmodyfikowane przez wzmacnianie kąpielowe (przez żelazo, chrom oraz wolfram), strukturę austenityczną (płaską strukturą regularną lub katalizator fcc), w której wytrącone są małe cząsteczki węglików (tytanu, tantalu, hafnu oraz niobu). Ich utwardzanie bazuje one więc bardziej na węglikach niż fazie y’, dlatego wykazują większą spawalność wyższą wytrzymałość zmęczeniową w podwyższonych temperaturach niż stopy na bazie niklu. Stopy odkuwane, takie jak Haynes 25 produkowane są w formie płyt i wykorzystywane są często do budowy komór spalania.
Stopy na Bazie Żelaza i Niklu
Stopy na bazie żelaza i niklu podobne są do odkuwanych austenitycznych stali nierdzewnych z wyjątkiem tych z dodatkiem wzmacniającej fazy y’. Maja najniższą wytrzymałość w podwyższonych temperaturach spośród 3 grup stopów specjalnych i są używane do odkuwania dysków i łopatek stosowanych w turbinach gazowych. Większość stopów ma dużą zawartość chromu, który podnosi odporność na korozję. Zawdzięczają one swoją odporność na wysokie temperatury wzmacnianiu kąpielowemu (utwardzenia spowodowane przez atomy rozpuszczone w strukturze stopu) lub wzmocnione wytrąceniowo (utwardzenie uzyskane przez wytrącenie cząstek). Stopy takie jak Haynes 556 i 19-9 DL są wzmacniane kąpielowo przy pomocy molibdenu, wolframu, tytanu oraz niobu. Stopy takie jak A286 i Incoloy 909 są umacniane wytrąceniowo. Najbardziej popularnym strątem jest y’, (Ni3 [AL, Ti]) (np. A286 oraz y’’, (Ni3Nb) (np. Incoloy 909). Inna grupa stopów na bazie żelaza i niklu zawiera wysoką zawartość węgla i wzmacniana jest przy pomocy węglików, azotków oraz kąpielowo. Grupa stopów na bazie Fe-Ni-Co wzmacnianych fazą y’, łączy wysoką wytrzymałość z niska rozszerzalnością temperaturową (np. Incoloy 903, 907 i 909) i znajduje zastosowanie w budowie wałów I obudów turbin gazowych.
Wyzwania:
Utrzymywanie współczynnika tarcia na niskim poziomie jest krytyczne z uwagi na chęć uzyskania dużej żywotności narzędzia.
Poprawne chłodzenie pozwala na kontrolowanie temperatury w strefie skrawania i pozwala na kontrolowanie stabilności procesu.
Dzięki wysokiemu ciśnieniu i dobremu ukierunkowaniu strugi, chłodziwo wypłukuje wióry z krawędzi skrawającej oraz zabezpiecza obrabiarkę przed korozją.
Istnieje ogromna korelacja między wydajnością chłodzenia oraz wydajnością usuwania materiału.
Aspekty stosowania chłodziwa:
Używaj syntetycznego lub półsyntetycznego chłodziwa w stosownej wydajności, ciśnieniu i koncentracji. Konieczne jest stosowanie chłodziwa o koncentracji 10% to 12%. Chłodzenie przez wrzeciono i narzędzie, może zwiększyć żywotność narzędzia czterokrotnie. Możliwe jest stosowanie oprawek z pierścieniem chłodzącym dla umożliwienia doprowadzenia chłodziwa przez narzędzie. Zwiększaj wydatek doprowadzanego chłodziwa do krawędzi skrawającej w celu uzyskania najlepszych wyników.
Do chłodzenia poprzez narzędzie zaleca się co najmniej 3 gal/min (13 l/min) oraz przynajmniej 500 psi (35 bar).
Systemy wysokiego chłodzenia pozwalające na uzyskanie ciśnienia do 150 bar są najznakomitszym rozwiązaniem zalecanym przy toczeniu stopów lotniczych.
Dla wysoko wolumenowej produkcji zaleca się stosowanie systemów chłodzenia nardzo wysokiego ciśnienia, osiągających do 350 bar.