Обработка жаропрочных сплавов

Compared to aluminum, processing of titanium alloys, steel alloys or other nickel alloys is very challenging due to its strength properties. Aerospace steels tensile strength starts at 1000MPa, while aluminum is in the range of 300MPa.

Альфа-бета (α-ß) сплавы

Эти сплавы имеют α и β фазу и содержат α и β стабилизаторы.

В аэрокосмической промышленности самым простым и самым  распространенным сплавом этой группы является Ti6Al4V. Сплавы этой категории легко поддаются формовке, обладают высокой прочностью при комнатной температуре и умеренной жаропрочностью. Свойства этих сплавов могут быть изменены путем термообработки.

Бета (ß) сплавы

Бета (ß) сплавы содержат переходные  металлы, такие как V, Nb, Ta и Мо, которые стабилизируют β-фазу. Промышленность выпускает такие ß-сплавы, как Ti11,5Mo6Zr4,5Sn, Ti15V3Cr3Al3Sn и Ti5553.  Бета-сплавы легко поддаются термообработке, сварке и обладают высокой прочностью. При обработке раствором сплавы хорошо поддаются формовке. Однако, ß-сплавы склонны к переходу от пластического состояния к хрупкому, поэтому они непригодны для применения в криогенных условиях. Бета-сплавы обладают подходящими свойствами для их использования при изготовлении листовой продукции, тяжелых профилей, крепежных деталей и пружин.

Основные характеристики нержавеющей стали обусловлены наличием хрома, который является легирующим элементом.  Этот металл обладает повышенной химической активностью и особенно подвержен окислению. При окислении образуется тонкая, прозрачная защитная плёнка. В сплаве с железом и никелем он вызывает образование окисленного соединения на поверхности, которое способно уменьшить или полностью предотвратить коррозию.

Мартенситные стали

Мартенситные стали отличаются высокими механическими прочностными характеристиками.
Наиболее распространенными являются составы, включающие 13% хрома (максимум 27%) с минимальным содержанием углерода 0,08% (максимум 0,15%).
В аэрокосмической промышленности наиболее часто используются следующие три марки мартенситных сталей, которые с трудом поддаются инструментальной обработке ввиду различных показателей твердости.

15-5 PH Мартенситная нержавеющая сталь с твердостью от HRc 31 до HRc 43
17-4 PH Мартенситная нержавеющая сталь с твердостью от HRc 28 до HRc 43
13-8 PH Мартенситная нержавеющая сталь с твердостью от HRc 33 до HRc 47

Ферритные стали 

Ферритные стали не поддаются закалке. К этой категории можно отнести жаропрочные стали с высоким содержанием хрома (до 30%).

Аустенитные стали

Аустенитные стали используются наиболее часто, так как они обладают высокой химической стойкостью, пластичностью, как у меди или латуни, и хорошими механическими характеристиками. Содержание хрома составляет порядка 18% (макс. 30%), содержание никеля примерно 10% (макс. 36%), при этом содержание углерода в стали очень низкое.
Стабильность аустенитных сталей обеспечивается путем добавления таких элементов, как титан и ниобий.

В аэрокосмической промышленности много компонентов изготавливается из листовых и прутковых заготовок, при этом соотношение закупленного и использованного материала зачастую крайне высокое.
Это означает, что требуемый объем механической обработки очень высок.
Станок невозможно перенастраивать каждый раз для обработки конкретной детали, поэтому решающее значение имеет внедрение интеллектуальных процессов обработки. 

Например:

• Высокоскоростное фрезерование
• Трохоидальное фрезерование
• Врезание и сверление 
• Фрезерование с быстрой подачей и на малую глубину 

• Жесткость / устойчивость инструмента
• Поток охлаждающей жидкости
• технологическая безопасность 
• Низкая сила резания для обеспечения микро-геометрии на кромках
• Высокие показатели съема металла