Alasan mengapa paduan titanium sulit diolah dan cara mengatasinya

Titanium adalah logam struktural penting yang dikembangkan pada tahun 1950an. Paduan titanium banyak digunakan di berbagai bidang karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan korosi yang baik, dan ketahanan panas yang tinggi. Banyak negara di dunia telah menyadari pentingnya bahan paduan titanium, telah secara berturut-turut melakukan penelitian dan pengembangan terhadap bahan tersebut, dan telah memperoleh aplikasi praktis. Pada tahun 1950-an dan 1960-an, paduan titanium suhu tinggi untuk mesin dirgantara dan paduan titanium struktural untuk badan pesawat terutama dikembangkan. Pada tahun 1970-an, sejumlah paduan titanium tahan korosi dikembangkan. Sejak tahun 1980-an, paduan titanium tahan korosi dan paduan titanium berkekuatan tinggi telah dikembangkan lebih lanjut. mengembangkan.

Paduan titanium membawa tantangan tertentu bagi industri manufaktur karena karakteristiknya yang sulit diproses.

Kepadatan paduan titanium umumnya sekitar 4,51g/sentimeter kubik, yang hanya 60% dari baja. Kepadatan titanium murni hanya mendekati kepadatan baja biasa. Beberapa paduan titanium berkekuatan tinggi melebihi kekuatan banyak baja struktural paduan. Oleh karena itu, kekuatan spesifik (kekuatan/kepadatan) paduan titanium jauh lebih besar dibandingkan bahan struktur logam lainnya, dan bagian dengan kekuatan unit tinggi, kekakuan yang baik, dan bobot yang ringan dapat diproduksi. Paduan titanium digunakan pada komponen mesin pesawat, rangka, kulit, pengencang, dan roda pendaratan. Selain itu, paduan titanium juga banyak digunakan pada suku cadang mobil, peralatan medis, dan industri elektronik 3C.

Gaya potong saat memproses paduan titanium hanya sedikit lebih tinggi dibandingkan baja dengan kekerasan yang sama, namun fenomena fisik pemrosesan paduan titanium jauh lebih kompleks daripada pemrosesan baja, sehingga pemrosesan paduan titanium menghadapi kesulitan yang sangat besar.
Konduktivitas termal sebagian besar paduan titanium sangat rendah, hanya 1/7 baja dan 1/16 aluminium. Oleh karena itu, panas yang dihasilkan selama pemotongan paduan titanium tidak akan cepat berpindah ke benda kerja atau diambil oleh serpihan. Sebaliknya, ia akan terakumulasi di area pemotongan, dan suhu yang dihasilkan dapat mencapai lebih dari 1000 derajat, menyebabkan ujung tombak pahat cepat aus, retak, dan tepian yang menumpuk dihasilkan dan ujung tombak cepat aus, yang mana menghasilkan lebih banyak panas di area pemotongan dan selanjutnya memperpendek umur pahat.

Temperatur tinggi yang dihasilkan selama proses pemotongan juga merusak integritas permukaan komponen paduan titanium, yang mengakibatkan penurunan keakuratan geometrik komponen dan fenomena pengerasan kerja yang secara serius mengurangi kekuatan lelahnya.
Elastisitas paduan titanium mungkin bermanfaat bagi kinerja bagian, tetapi selama proses pemotongan, deformasi elastis benda kerja merupakan penyebab penting getaran. Tekanan pemotongan menyebabkan benda kerja "elastis" menjauh dari pahat dan memantul, menyebabkan gesekan antara pahat dan benda kerja lebih besar daripada aksi pemotongan. Proses gesekan juga menghasilkan panas, yang memperburuk masalah konduktivitas termal yang buruk pada paduan titanium.
Masalah ini menjadi lebih parah ketika memproses bagian berdinding tipis atau berbentuk cincin yang mudah berubah bentuk. Tidak mudah untuk memproses bagian berdinding tipis paduan titanium hingga akurasi dimensi yang diharapkan. Karena ketika material benda kerja didorong oleh pahat, deformasi lokal pada dinding tipis telah melebihi batas elastis dan terjadi deformasi plastis, sehingga kekuatan dan kekerasan material pada titik potong meningkat secara signifikan. Pada titik ini, kecepatan potong yang ditentukan semula menjadi terlalu tinggi, selanjutnya menyebabkan keausan pahat yang cepat.

Oleh karena itu, penyebab utama sulitnya memproses paduan titanium adalah "panas".

Untuk mengatasi tantangan ini dan berhasil mengolah paduan titanium, beberapa pendekatan dapat digunakan. Ini termasuk:

(1) Gunakan sisipan geometri sudut positif untuk mengurangi gaya pemotongan, panas pemotongan, dan deformasi benda kerja.
(2) Pertahankan pengumpanan yang konstan untuk menghindari pengerasan benda kerja. Alat harus selalu dalam kondisi umpan selama proses pemotongan. Jumlah pemotongan radial ae harus 30% dari radius selama penggilingan.
(3) Gunakan cairan pemotongan bertekanan tinggi dan aliran tinggi untuk memastikan stabilitas termal proses pemesinan dan mencegah degenerasi permukaan benda kerja dan kerusakan pahat yang disebabkan oleh suhu berlebihan.
(4) Jaga agar ujung pisau tetap tajam. Perkakas tumpul merupakan penyebab penumpukan panas dan keausan, yang dapat dengan mudah menyebabkan kegagalan perkakas.
(5) Proses paduan titanium dalam kondisi paling lembut sebanyak mungkin, karena material menjadi lebih sulit untuk diproses setelah pendinginan, dan perlakuan panas meningkatkan kekuatan material dan meningkatkan keausan bilah.
(6) Gunakan radius busur ujung pahat yang besar atau talang untuk memasukkan sebanyak mungkin tepi pahat ke dalam pemotongan. Hal ini mengurangi gaya pemotongan dan panas di setiap titik serta mencegah kerusakan lokal. Saat melakukan milling paduan titanium, di antara parameter pemotongan, kecepatan potong memiliki pengaruh terbesar terhadap umur pahat vc, diikuti dengan pengikatan pahat radial (kedalaman milling) ae.

Secara umum, keausan alur bilah yang terjadi saat pemesinan paduan titanium adalah keausan lokal pada bagian belakang dan depan sepanjang arah kedalaman pemotongan. Hal ini sering kali disebabkan oleh lapisan mengeras yang tersisa dari pemrosesan sebelumnya. Reaksi kimia dan difusi antara pahat dan material benda kerja pada suhu pemrosesan melebihi 800 derajat juga menjadi salah satu penyebab keausan alur. Karena selama proses pemesinan, molekul titanium pada benda kerja terakumulasi di depan mata pisau dan "dilas" ke mata pisau di bawah tekanan dan suhu tinggi, membentuk tepi yang terbentuk. Jika tepi yang terpasang terkelupas dari tepi tajam, lapisan karbida sisipan akan ikut terkelupas, sehingga pemesinan titanium memerlukan material dan geometri sisipan khusus.

Kondisi pemotongan, termasuk kecepatan pemotongan, laju pemakanan, dan kedalaman pemotongan, juga memainkan peran penting dalam menentukan kinerja alat pemotong dan kualitas komponen akhir. Parameter pemotongan yang optimal dapat bervariasi tergantung pada jenis paduan titanium yang dikerjakan, namun kecepatan pemotongan yang lebih lambat dan laju pengumpanan yang lebih tinggi umumnya disarankan untuk mengurangi panas dan mencegah pengerasan kerja.

Menggunakan sistem pendingin yang tepat sangat penting untuk menjaga alat pemotong dan benda kerja pada suhu yang tepat. Pendingin berbahan dasar air, seperti emulsi, banyak digunakan dalam pemesinan titanium karena memberikan sifat pendinginan dan pelumasan yang efektif tanpa menimbulkan reaksi kimia pada material.
Terlepas dari tantangannya, titanium tetap menjadi material yang sangat dicari dan sangat penting untuk banyak aplikasi modern. Dengan menggunakan alat pemotong yang tepat, kondisi pemotongan, sistem pendingin, dan teknik pemesinan yang canggih, kesulitan dalam pemesinan material ini dapat diatasi dan potensi maksimalnya dapat dikeluarkan.