هر هفته ما RFQهایی را دریافت می کنیم که در آن مهندس تیتانیوم را مشخص کرده است زیرا "این بهترین ماده است" و سپس با قیمت پیشنهادی سفید می شود. در بیشتر این موارد، آلومینیوم این کار را به خوبی انجام می‌داد - با 40 تا 60 درصد هزینه کمتر و 3 تا 4 برابر سرعت ماشین‌کاری سریع‌تر. این مقاله قرار نیست به شما بگوید که یک ماده به طور جهانی بهتر از دیگری است. این به شما می‌گوید که هر کدام کجا برنده می‌شوند، می‌بازند، و مناطق خاکستری که در آن تصمیم واقعا اهمیت دارد.

زمانی که آلومینیوم را انتخاب کنید: شما به نسبت استحکام به وزن، ماشین کاری خوب، مقاومت در برابر خوردگی، هدایت حرارتی نیاز دارید و بودجه شما واقعی است. که حدود 70 درصد از کاربردهای ماشینکاری CNC را پوشش می دهد.

زمانی که تیتانیوم را انتخاب کنید: شما به استحکام بالا در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی عالی در محیط های تهاجمی، زیست سازگاری یا خواص غیر فرومغناطیسی نیاز دارید. این 30 درصد باقیمانده را پوشش می دهد - اما این 30 درصد است که شما مطلقاً نمی توانید مصالحه کنید.

بیایید با پول شروع کنیم زیرا این همان چیزی است که بیشتر بحث‌های تیتانیوم در مقابل آلومینیوم را به پایان می‌رساند.

انبار آلومینیوم 6061 بار به ازای هر کیلوگرم ماده خام 3-5 دلار است. موجودی میله Ti-6Al-4V دارای 30-50 دلار به ازای هر کیلوگرم مواد خام است. قبل از اینکه ماشینکاری را شروع کنید، این تفاوت 10 برابری در هزینه مواد است.

اما ضریب هزینه واقعی در ماشینکاری است. آلومینیوم با سرعت 300-500 فوت سطح در دقیقه برش می دهد. تیتانیوم در 30-60 SFM کاهش می یابد. این یک اشتباه تایپی نیست - شما در حال ماشینکاری تیتانیوم با سرعت 1/10 هستید. اسپیندل شما همان RPM را می‌چرخاند، اما نرخ تغذیه به‌شدت پایین‌تر است و عمر ابزار شما 60 تا 80 درصد در هر لبه برش کاهش می‌یابد.

نتیجه عملی: قطعه ای که قیمت آن 50 دلار در آلومینیوم است، 150-250 دلار در تیتانیوم قیمت خواهد داشت. اگر قطعه شما به خواص خاص تیتانیوم نیاز ندارد، این پولی است که برای حل مشکلی که ندارید خرج می کنید.

این جدول یک داستان خاص را بیان می کند:

تیتانیوم در هر دما قوی تر و سفت تر از آلومینیوم است.اگر برنامه شما شامل بارهای ساختاری در دمای بالا باشد - اجزای موتور جت، کالیپرهای ترمز مسابقه، محفظه موتور با کارایی بالا - مزیت تیتانیوم واقعی و قابل اندازه گیری است.

رسانایی حرارتی آلومینیوم ۲۵ برابر تیتانیوم است.اگر قطعه شما نیاز به دفع گرما دارد - سینک های حرارتی، محفظه های LED، صفحات خنک کننده باتری، محفظه های الکترونیکی - آلومینیوم تنها انتخاب منطقی است. تیتانیوم در اصل یک عایق حرارتی است.

تیتانیوم 1.6 برابر سنگین تر از آلومینیوم است.اما همچنین بر اساس هر وزن حدود 1.9 برابر قوی تر است. بنابراین قطعات تیتانیوم می توانند نازک تر و سبک تر از قطعات آلومینیومی برای بار ساختاری یکسان باشند - در تئوری. در عمل، حداقل ضخامت دیواره برای ماشینکاری اغلب تعیین کننده وزن است، نه نسبت مقاومت به وزن ماده.

مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم از لایه اکسید آن ناشی می شود. در قرار گرفتن در معرض اتمسفر معمولی، آلومینیوم 6061 یک لایه اکسید خود ترمیم شونده تشکیل می دهد که از فلز پایه محافظت می کند. عملکرد خوبی در موارد زیر دارد:

• محیط های داخلی (عمومی صنعتی)

• جوهای دریایی (با درمان مناسب)

• آب شیرین و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی ملایم

در موارد زیر شکست می خورد:

• محیط های بسیار قلیایی (pH > 9)

• تماس گالوانیکی با مس یا فولاد کربنی (بدون جداسازی)

• محیط های غنی از کلرید بدون آنودایز (خوردگی حفره ای)

مقاومت در برابر خوردگی تیتانیوم از یک لایه اکسیدی پایدارتر و مقاوم‌تر ناشی می‌شود. عملاً در هر محیط خورنده ای خوب عمل می کند:

• آب دریا (بدون حفره، بدون خوردگی شکاف)

• محلول های کلرید در دمای بالا

• اسیدهای قوی (HCl رقیق، H2SO4، HNO3)

• مایعات بدن انسان (زیست سازگاری)

غذای آماده عملی: اگر قسمت شما در آب دریا، کارخانه فرآوری شیمیایی یا داخل بدن انسان می رود، تیتانیوم ارزش هزینه را دارد. اگر روی کف کارخانه، سازه بیرونی یا محصول مصرفی قرار گیرد، آلومینیوم با آنودایز یا پوشش پودری کافی است.

اینجاست که مزیت آلومینیوم تقریباً ناعادلانه می شود.

آلومینیوم 6061: به زیبایی برش می دهد. چیپس ها تمیز می شکنند. عمر ابزار با ساعت اندازه گیری می شود نه دقیقه. می‌توانید با فیدهای تهاجمی سرعت‌های اسپیندل بالا را اجرا کنید. تکمیل سطوح Ra 0.8-1.6 معمولی با ابزار استاندارد است. Ra 0.4 بدون تلاش خاصی قابل دستیابی است. خنک کننده مفید است اما همیشه در برش های سبک مورد نیاز نیست.

تیتانیوم Ti-6Al-4V: ماشینکاری تیتانیوم یک نبرد کنترل شده است. این ماده رسانایی حرارتی پایینی دارد، به این معنی که گرما در منطقه برش باقی می ماند. تمایل به سخت شدن کار به این معنی است که شما به ابزارهای تیز نیاز دارید - یک درج کسل کننده یک لایه سطحی سخت شده ایجاد می کند که لبه برش بعدی را سریعتر از بین می برد. شکل گیری تراشه رشته ای است - تراشه ها به راحتی نمی شکنند، به این معنی که دور ابزار پیچیده می شوند و برش مجدد ایجاد می کنند. عمر ابزار بر حسب دقیقه در هر لبه در پاس های پایانی اندازه گیری می شود.

مفاهیم عملی برای پروژه شما:

• نمونه اولیه آلومینیوم: زمان سرب 1-3 روز، برنامه ریزی ساده

• نمونه اولیه تیتانیوم: زمان 5-10 روز، انتخاب دقیق ابزار و بهینه سازی پارامتر

• تولید آلومینیوم (100 عدد): قابل پیش بینی، حداقل هزینه ابزار

• تولید تیتانیوم (100 عدد): هزینه ابزار بالاتر، کنترل فرآیند سخت تر، بازرسی بیشتر

هر دو ماده گزینه های درمان سطح را ارائه می دهند، اما اهداف متفاوتی دارند:

آلومینیوم:

• آنودایز نوع دوم: تزئینی، مقاومت در برابر سایش متوسط، گزینه های رنگی گسترده

• آنودایز سخت نوع III: مقاومت در برابر سایش تا HV 500، عالی برای سطوح کشویی

• پوشش پودری: محافظت در برابر خوردگی و زیبایی، طیف رنگی گسترده

• تبدیل کرومات: محافظت در برابر خوردگی با حفظ هدایت الکتریکی

تیتانیوم:

• Electropolish: روکش آینه ای، Ra 0.1 قابل دستیابی، برای کاربردهای پزشکی و آرایشی

• Passivation (ASTM F86): لایه اکسید طبیعی را برای ایمپلنت های پزشکی تقویت می کند

• Anodize: گزینه های رنگ تزئینی (پالت محدود در مقایسه با آلومینیوم)

• پوشش PVD: پوشش های مقاوم در برابر سایش سخت (TiN، CrN) برای کاربردهای با سایش بالا