การขนส่งทางอากาศกลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา-ไม่ว่าจะผ่านการขนส่งทางอากาศหรือการเดินทางโดยเครื่องบิน เมื่อเรามองขึ้นไปบนท้องฟ้าและดูเครื่องบินบินอยู่เหนือศีรษะ คำถามธรรมชาติก็เกิดขึ้น:วัสดุอะไรที่ใช้ในการสร้างเครื่องบินที่สามารถรองรับน้ำหนักมากและปฏิบัติการในระดับความสูงได้?
ให้เราสำรวจวัสดุที่อยู่เบื้องหลังความสามารถอันน่าทึ่งนี้
ภาพรวมของไทเทเนียม
ในปี 1948 ดูปองท์ประสบความสำเร็จในการผลิตฟองน้ำไทเทเนียมทางอุตสาหกรรมโดยใช้กระบวนการลดแมกนีเซียม ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในประวัติศาสตร์ของวัสดุไทเทเนียม ตั้งแต่นั้นมา โลหะผสมไทเทเนียมได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องมาจากคุณสมบัติทางกายภาพที่โดดเด่น ซึ่งรวมถึงมีความแข็งแรงจำเพาะสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และทนความร้อนได้ดีกว่า.
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายในเปลือกโลกเก้าในความอุดมสมบูรณ์โดยรวมเกินกว่าโลหะที่ใช้กันทั่วไป เช่น ทองแดง สังกะสี และดีบุกมาก กระจายอยู่ทั่วไปในหินหลายประเภท โดยเฉพาะในทรายและดินเหนียว ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีปริมาณสำรองมากเป็นพิเศษ
ลักษณะของไทเทเนียม
ไทเทเนียมแสดงคุณสมบัติพิเศษหลายประการ ได้แก่ความแข็งแรงสูง ความร้อนสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม สมรรถนะอุณหภูมิต่ำ-โดดเด่น และการออกฤทธิ์ทางเคมีที่รุนแรง.
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความแข็งแกร่งของไทเทเนียมนั้นเหนือกว่าอะลูมิเนียมอัลลอยด์ แมกนีเซียมอัลลอยด์ และสเตนเลสอย่างมาก ทำให้เป็นหนึ่งในโลหะโครงสร้างที่โดดเด่นที่สุด โลหะผสมไทเทเนียมยังทำงานได้ดีเป็นพิเศษที่อุณหภูมิสูง โดยมีอุณหภูมิในการทำงานสูงกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมอย่างมาก และสามารถรักษาประสิทธิภาพในระยะยาว-ได้ที่450–500 องศา.
นอกจากนี้ ไทเทเนียมยังแสดงความต้านทานต่อกรด ด่าง และการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศได้ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งแสดงความต้านทานที่แข็งแกร่งต่อการกัดกร่อนแบบหลุมและการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น. ที่อุณหภูมิต่ำโลหะผสมไทเทเนียมเช่นทีเอ7คงความเหนียวและคุณสมบัติทางกลที่ดี แม้ที่อุณหภูมิต่ำที่สุด–253 องศา.
อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมมีปฏิกิริยาเคมีสูงที่อุณหภูมิสูง และสามารถทำปฏิกิริยากับก๊าซ เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจนในอากาศได้อย่างง่ายดาย ทำให้เกิดชั้นพื้นผิวที่แข็งขึ้น นอกจากนี้ โลหะผสมไทเทเนียมยังมีค่าการนำความร้อนค่อนข้างต่ำ-โดยประมาณนิกเกิล 1/4 เหล็ก 1/5 และอลูมิเนียม 1/14-ในขณะที่โมดูลัสยืดหยุ่นของพวกมันมีค่าโดยประมาณครึ่งหนึ่งของเหล็ก. คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ไทเทเนียมเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการใช้งานทางวิศวกรรมขั้นสูงมากมาย
การจำแนกประเภทและการใช้งานโลหะผสมไทเทเนียม
โลหะผสมไทเทเนียมสามารถจำแนกตามการใช้งานได้โลหะผสม-ทนความร้อน, โลหะผสม-ความแข็งแรงสูง, โลหะผสม-ที่ต้านทานการกัดกร่อน(เช่น โลหะผสม Ti-Mo และ Ti-Pd)โลหะผสมที่มีอุณหภูมิต่ำ-, และโลหะผสมฟังก์ชันพิเศษรวมถึงวัสดุกักเก็บไฮโดรเจนของไทเทเนียม-เหล็ก และโลหะผสมหน่วยความจำรูปร่างไทเทเนียม-นิกเกิล
แม้ว่าประวัติการใช้งานของโลหะผสมไทเทเนียมจะค่อนข้างสั้น แต่ประสิทธิภาพที่โดดเด่นทำให้พวกเขาได้รับความแตกต่างมากมาย ซึ่งหนึ่งในนั้นคือชื่อ"โลหะอวกาศ"การกำหนดนี้เกิดจากน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง และทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม- ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับเครื่องบินและยานยนต์และอวกาศ
ปัจจุบันประมาณสาม-ของการผลิตไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมทั่วโลกถูกนำมาใช้ในภาคการบินและอวกาศเนื่องจากส่วนประกอบหลายอย่างที่เคยทำจากอะลูมิเนียมอัลลอยด์ ปัจจุบันถูกแทนที่ด้วยโลหะผสมไทเทเนียม
การใช้งานด้านการบิน
โลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุที่สำคัญในการผลิตเครื่องบินและเครื่องยนต์ พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบพัดลมปลอมแปลง จานและใบมีดของคอมเพรสเซอร์ โครงเครื่องยนต์ ระบบไอเสียตลอดจนส่วนประกอบทางโครงสร้างเช่นเฟรมและกั้น.
ในการใช้งานด้านการบินและอวกาศ ความแข็งแรงจำเพาะสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ-ของโลหะผสมไททาเนียม ทำให้โลหะผสมเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับภาชนะรับความดัน ถังเชื้อเพลิง ตัวยึด สายรัดเครื่องมือ โครงโครงสร้าง และปลอกจรวด. การเชื่อมแผ่นโลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางดาวเทียมประดิษฐ์ โมดูลทางจันทรคติ ยานอวกาศที่มีคนขับ และกระสวยอวกาศ.
ในปี 1950 สหรัฐอเมริกาได้ใช้โลหะผสมไทเทเนียมเป็นครั้งแรกฟ-84 เครื่องบินทิ้งระเบิดใช้สำหรับส่วนประกอบที่ไม่-รับน้ำหนัก- เช่น แผงป้องกันความร้อนลำตัวด้านหลัง ท่ออากาศ และแฟริ่งท้าย เริ่มต้นในทศวรรษ 1960 โลหะผสมไททาเนียมได้ขยายจากการใช้งานลำตัวด้านหลังไปจนถึงส่วนกลาง-ลำตัว โดยบางส่วนเข้ามาแทนที่เหล็กโครงสร้างในผนังกั้น คาน และรางพนัง.
ในช่วงทศวรรษปี 1970 มีการผลิตเครื่องบินพลเรือนจำนวนมากเช่นโบอิ้ง 747การใช้ไทเทเนียมเพิ่มขึ้นอย่างมาก เครื่องบินโบอิ้ง 747 เพียงอย่างเดียวใช้งานมากกว่าไทเทเนียม 3,640 กกคิดเป็นประมาณ28% ของน้ำหนักโครงสร้างของเครื่องบิน. โลหะผสมไทเทเนียมยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในจรวด ดาวเทียม และยานอวกาศ
ลักษณะการตัดเฉือนของโลหะผสมไทเทเนียม
ประการแรก โลหะผสมไทเทเนียมมีค่าการนำความร้อนที่ค่อนข้างต่ำ-ประมาณนั้นหนึ่งใน-หนึ่งในสี่ของเหล็ก หนึ่งใน-หนึ่งในสิบสามของอะลูมิเนียม และหนึ่งใน-ยี่สิบ-ของทองแดง. ในระหว่างการตัดเฉือน การกระจายความร้อนและการระบายความร้อนจึงไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งนำไปสู่อุณหภูมิสูงจะกระจุกตัวอยู่ในบริเวณการตัด. ซึ่งอาจทำให้ชิ้นงานเสียรูปและคืนตัวได้ยืดหยุ่น เพิ่มแรงบิดในการตัด เร่งการสึกหรอของคมตัด และลดอายุการใช้งานของเครื่องมือลงอย่างมาก
ประการที่สอง เนื่องจากความร้อนในการตัดจะกระจุกตัวอยู่ใกล้กับคมตัดและไม่สามารถกระจายออกไปได้อย่างรวดเร็ว แรงเสียดทานที่หน้าคายจึงเพิ่มขึ้น ทำให้การคายเศษทำได้ยากขึ้น และเร่งการสึกหรอของเครื่องมือมากขึ้น
ในที่สุด ที่อุณหภูมิสูง กิจกรรมทางเคมีของโลหะผสมไทเทเนียมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก มีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับวัสดุเครื่องมือ ส่งผลให้การยึดเกาะ การแพร่กระจาย และ-การสร้างขอบ. ปรากฏการณ์เหล่านี้อาจทำให้เครื่องมือติด ไหม้ หรือการแตกหัก ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของการตัดเฉือน
ข้อดีของแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์
เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์สามารถประมวลผลส่วนประกอบต่างๆ ได้พร้อมกัน ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมาก ความแม่นยำสูงทำให้ผลิตภัณฑ์มีความสม่ำเสมอเป็นเลิศ และด้วยฟังก์ชันการชดเชยเครื่องมือ ทำให้สามารถใช้ความแม่นยำโดยธรรมชาติของเครื่องมือกลได้อย่างเต็มที่
แมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ก็มีให้เช่นกันการปรับตัวและความยืดหยุ่นที่แข็งแกร่งจัดการการตัดเฉือนส่วนโค้ง การลบมุม และการเปลี่ยนฟิลเล็ตได้อย่างง่ายดาย ที่น่าประทับใจกว่านั้นคือพวกเขาสนับสนุนการทำงานที่หลากหลาย-ซึ่งรวมถึงการกัด การเจาะ การคว้าน และการต๊าป{0}}ทั้งหมดในเครื่องเดียว
จากมุมมองการควบคุมต้นทุน- ศูนย์เครื่องจักรกลช่วยให้สามารถบัญชีต้นทุนและกำหนดการผลิตได้อย่างแม่นยำ ขจัดความจำเป็นในการติดตั้งแบบพิเศษ ลดต้นทุนโดยรวม และลดรอบการผลิตให้สั้นลง พวกเขาด้วยลดความเข้มข้นของแรงงานลงอย่างมากและสามารถรวมเข้ากับซอฟต์แวร์ CAM ได้อย่างราบรื่นเช่นยูจี (NX)เพื่อดำเนินการตัดเฉือนหลาย-แกน
การเลือกเครื่องมือตัดและสารหล่อเย็น
การเลือกเครื่องมือตัดและสารหล่อเย็นที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเมื่อตัดเฉือนไทเทเนียมอัลลอยด์ วัสดุเครื่องมือจะต้องแสดงความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอเพื่อให้แน่ใจว่าการกำจัดวัสดุมีประสิทธิภาพ การเลือกสารหล่อเย็นส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของการตัดเฉือน-สารหล่อเย็นที่เหมาะสมจะช่วยลดแรงเสียดทานและความร้อนในการตัด ยืดอายุเครื่องมือและปรับปรุงความแม่นยำในการตัดเฉือน
1. ข้อกำหนดวัสดุเครื่องมือ
ความแข็งของเครื่องมือจะต้องสูงกว่าไททาเนียมอัลลอยด์อย่างมากเพื่อให้สามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เครื่องมือต้องมีความแข็งแรงและความเหนียวเพียงพอที่จะทนทานต่อแรงบิดและแรงตัดสูง
เนื่องจากไทเทเนียมอัลลอยด์มีความเหนียวสูง คมตัดจึงต้องมีความคม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความต้านทานการสึกหรอที่ดีเยี่ยมเพื่อลดการแข็งตัวของงาน
2. การเลือกรูปทรงของดอกเอ็นมิลล์
เนื่องจากคุณลักษณะการตัดเฉือนที่เป็นเอกลักษณ์ของโลหะผสมไทเทเนียม รูปทรงของดอกเอ็นมิลล์จึงแตกต่างอย่างมากจากเครื่องมือทั่วไป
A มุมเกลียวเล็ก ( )แนะนำให้เพิ่มปริมาตรร่อง ปรับปรุงการคายเศษ และเพิ่มการกระจายความร้อน
3. การเลือกพารามิเตอร์การตัด
เมื่อตัดเฉือนโลหะผสมไทเทเนียมความเร็วตัดต่ำลงควรใช้ร่วมกับอัตราการป้อนที่เหมาะสม ระยะกินลึกที่เหมาะสม และค่าเผื่อการเก็บผิวละเอียดที่ควบคุมได้
4. การเลือกและการใช้งานน้ำยาหล่อเย็น
ควรหลีกเลี่ยงสารหล่อเย็นที่มีคลอรีนเพื่อป้องกันการก่อตัวของสารพิษและการเปราะของไฮโดรเจน รวมทั้งลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนจากความเค้นแตกร้าวที่อุณหภูมิสูง
ขอแนะนำให้ใช้น้ำสังเคราะห์-อิมัลชันที่ละลายได้หรือสารหล่อเย็นสูตรพิเศษที่เหมาะสำหรับการตัดเฉือนโลหะผสมไททาเนียม
