チタン合金加工の表面制御と加工方法

この論文では、チタン合金の機械加工プロセスにおける一般的な表面欠陥の原因を分析し、その切削性能に影響を与える重要な材料要因を体系的に議論し、旋削、穴あけ、タップ加工およびその他の機械加工プロセスの最適化措置を要約し、チタン合金の高安定性の機械加工プロセスを策定するための参考を提供することを目的としています。

I. チタン合金の酸洗および表面処理における典型的な欠陥の分析

チタン合金の酸洗・表面処理工程における一般的な欠陥とその発生メカニズムは以下のとおりです。

1. 過度の腐食-

酸洗後の表面には、ピット、凹凸、粒界が露出しています。主な原因は次のとおりです。 フッ化水素酸 (HF) と硝酸 (HNO) の比率の不均衡₃) 酸洗い溶液、特に高濃度の HF または HNO の酸化能力が不十分な場合₃;そして長い漬け時間。工程管理のポイントは、酸洗液の割合を厳密に管理することと、ワークの厚みと時間に応じて「(1～4)min/mm」の割合で運転中の表面状態を定期的に観察することです。-

2. ぶら下がっている灰

酸洗後に表面に付着した灰褐色の酸化物の残留物を指します。{0}その理由は、反応によって生成された付着物が時間内にマトリックスから剥離できなかったり、その後のすすぎが完全でなかったりするためです。-改善策としては、酸洗中にワークを揺すって脱落を促進する。酸洗い後、圧縮空気と脱イオン水を混合した高速水流を使用して強力に洗浄し、表面をきれいにします。-

3. スケールが除去されていない

局所的な元の酸化層が残っていることがわかります。この欠陥の原因はさまざまで、前処理での汚れた油の除去、溶融塩 (アルカリ沸騰) 処理の時間不足、酸洗液の活性低下、温度の低下などが考えられます。確認の際は「前処理→溶融塩処理→酸洗」の順で項目ごとに確認し、必要に応じて補助前処理としてサンドブラスト処理を追加することも可能です。-

4.縞模様のパイバルド

不均一な流線またはブロックの色の違い。通常は反応の均一性が低いことが原因です。これは、酸洗液中でのワークの相対移動を強化し、適切な酸洗温度（室温範囲に下げるなど）を強化することで改善できます。-

5. 遅発性脱毛症（老化性脱毛症）

酸洗い検査で一定期間保管されたワークピースの一部に、表面に新しい斑点が現れました。この現象は、ワークピースの残留酸性媒体、腐食性、残留応力の相乗効果に関連している可能性があります。-。この微細な形態は従来の腐食とは異なり、通常は使用性能に影響を与えません。再度短時間酸洗することで除去できますが、応力部分は二次酸洗後の真空脱水素処理を強化する必要があります。-

II.チタン合金の被削性に影響を与える材料要因

チタン合金の機械加工の難しさは、その独特の物理的および化学的特性に起因しています。

    · 低熱伝導率：熱伝導率が鋼の約1/3であり、切削熱が工具先端に集中するため温度が上昇し（実験によると工具先端の温度は鋼の2～3倍に達することがあります）、工具の摩耗が促進されます。

· 低弾性率: 加工面の反発量が大きく、特に薄肉部品の場合、逃げ面とワークの関係が悪化し、摩耗や刃先欠損が発生しやすくなります。{0}

· 高い化学活性: 高温で O、H、N、その他の元素と反応して硬化した酸素に富む層を形成するのは非常に簡単です。-この層は可塑性が高く、工具の損傷を悪化させます。

· 組織特性: 焼きなまし状態での - 型チタン合金の機械加工性。 + 続けて入力します。ベータ-タイプの合金は、強度が高く、焼入れ性が良好ですが、被削性は最悪です。上記の特性を考慮すると、工具材料の選択、切削パラメータ、冷却に至るまで計画的に対策を講じる必要があります。

Ⅲ．チタン合金の代表的な加工技術のポイント

1. 旋削とボーリング

· 旋削加工: 主な課題は、高温、工具の摩耗、スプリングバックです。荒加工や連続切削には超硬工具（YG など）の使用をお勧めします。高速度鋼工具は、旋削加工や切削加工に使用する必要があります。基本的な原理は、切断の中断を避けるために連続送りを強制することです。クーラントは5%硝酸ナトリウム水溶液または1/20可溶性油エマルジョンの使用を推奨します。

・ボーリング：仕上げ加工のカテゴリに属します。変形を防ぎ、火傷を防ぐために十分な冷却を確保するには、薄肉部品のクランプ剛性に重点を置く必要があります。-

2. 穴あけ

難点はチップの巻き付けと放熱の難しさです。プロセス要件: 刃先が短く鋭利なビットを使用し、低速の強制送りを実装し、プロセス全体で完全な内部冷却を提供します。-穴あけ加工中の空転は厳禁で、深穴加工の場合は定期的にカッターを退避させて切粉を除去してください。 -穴をドリル加工する場合、貫通前にカッターを引き抜いて清掃する必要があります。最終段階では、強制送りを使用して穴の壁を滑らかにします。

3. タッピング

難しい加工の一つであり、切りくずの排出不良や材料の収縮によりタップが折れやすくなります。技術的対策：深い止まり穴の加工を優先する。タップ構造の改善（後端の研削、軸方向の切りくず排出溝の開口など）。酸化、窒化、またはクロムメッキされたタップを使用してください。{1}タップ加工には専用の切削ペーストまたは極圧切削油の使用をお勧めします。

4. 鋸引き

-粗い歯の高速金鋸刃（バーに適したピッチ4.2〜8.5 mm）を使用し、バンドソーで切断する場合、ピッチは2.5〜25.4 mmの間でワークの厚さに応じて選択されます（厚い材料には大きなピッチが選択されます）。加工中は強制送りと継続的な冷却が必要であり、低いベルト速度が使用されます。

5. 放電加工（EDM）

工具電極とワーク間の放電ギャップを維持する必要があります (仕上げ加工の場合は 0.005 ～ 0.05 mm、荒加工の場合は 0.1 ～ 0.4 mm)。電極材料としては銅または亜鉛が推奨されており、スラグを除去するために処理液を十分に循環させる必要があります。

IV.結論

チタン合金の加工は、材料の特性、工具の選択、パラメータ設定、冷却条件の組み合わせによって影響を受けます。実際の生産では、欠陥を効果的に回避し、効率的かつ精密な加工を実現するために、特定の合金番号、部品構造、精度要件に応じて各プロセスのパラメータを最適化し、前処理および酸洗プロセスのウィンドウを厳密に制御する必要があります。-