Особенности обработки на станках с ЧПУ различных марок титана и титановых сплавов 

Рейтинг сложности обработки: чистый титан TA (легко) < титан TC(α+β) (средняя) < титан TBβ (сложно)
Общие проблемы: крайне плохая теплопроводность, сильная склонность к прилипанию к режущему инструменту при высоких температурах, образование стружки, деформационное упрочнение, низкий модуль упругости, сильный отскок заготовки; необходимо использование большого количества режущей жидкости под высоким давлением, режущих инструментов с твердосплавным покрытием или покрытием AlTiN, а также низких скоростей резания.
I. Серия TA | Чистый титан α-типа / α-титан (TA1, TA2, TA3, TA10)

1) TA1 / TA2 / TA3 (промышленный чистый титан Gr1/Gr2/Gr3)

• Характеристики материала: хорошая пластичность, низкая твёрдость, прочность постепенно увеличивается в зависимости от марки

• Особенности резания

✅ Титан, наиболее удобный в обработке, с низким сопротивлением резанию
⚠️ Слишком мягкий, что приводит к сильному прилипанию к режущему инструменту и образованию нагара; при чистой обработке легко возникают следы от режущего инструмента
⚠️ У тонкостенных деталей наблюдается заметный упругий отскок, что может привести к уменьшению размеров

• Рекомендуемая линейная скорость: 70–110 м/мин (значительно выше, чем у TC4)

• Применение: болты, прокладки, химическое оборудование, облегчённые детали для велосипедов

2) TA10 (Ti‑0,3Mo‑0,8Ni, Gr12)

• Материал: коррозионно-стойкий α-титан (модифицированный чистый титан)

• Особенности резания: близки к TA2, твердость немного выше, прилипание к режущему инструменту немного меньше; устойчив к коррозии в морской воде, при обработке резьбы редко возникают царапины

• Линейная скорость: 60–90 м/мин

• Применение: крепежные детали для морской среды и среды с морской водой

II. Серия TC | Двухфазные титановые сплавы α+β (TC4, TC11, TC15, Ti‑38644)

1) TC4 (Ti‑6Al‑4V / Gr5, наиболее распространенный)

• Материал: двухфазная структура, высокая прочность и сбалансированная вязкость

• Особенности резания
✅ Наиболее отработанная комплексная обрабатываемость, на рынке имеются полные технологические параметры
⚠️ Чрезвычайно высокая температура резания, быстрый износ режущей кромки; при черновой обработке легко происходит скол режущей кромки
⚠️ Заметное упрочнение при холодной деформации, не следует повторно проходить по одному и тому же месту на низкой скорости

• Рекомендуемая линейная скорость: 40–70 м/мин

• Применение: титановые винты для мотоциклов, авиационные крепежные детали, шатуны, конструкционные детали
2) TC11 (Ti‑6,5Al‑3,5Mo‑1,5Zr‑0,3Si)

• Титан α+β с упрочнением при высоких температурах

• Особенности резания: более твёрдый, чем TC4, требует большего усилия резания, быстрее изнашивает режущий инструмент, скорость резания следует снизить ещё на 15–20 %

• Линейная скорость: 30–50 м/мин

• Применение: авиационные конструкционные детали, работающие при высоких температурах

3) Ti‑38644 (Ti‑3Al‑8V‑6Cr‑4Mo‑4Zr)

– Высокопрочный титан α+β, близкий к β-типу

• Характеристики резания: относительно высокая твёрдость, большое сопротивление резанию, сильное упрочнение при обработке; относится к титановым материалам, сложным в обработке

• Линейная скорость: 30–45 м/мин, подача не должна быть слишком малой (малая подача усиливает упрочнение)

• Применение: высокопрочные болты, несущие крепежные детали для авиационной промышленности

III. Серия TB | Титановые сплавы β-типа (TB9, TB6, Ti‑80/TA31)
Титаны β-типа в целом являются наиболее сложными для обработки: они обладают высокой прочностью, большим сопротивлением деформации, а усилия резания значительно превышают показатели TC4

) TB9 (Ti‑3Al‑8V‑6Cr‑4Mo‑4Zr)

– Высокопрочный титан β-типа для холодной обработки, титановый сплав, специально предназначенный для изготовления пружин

• Особенности обработки
❌ Сила резания примерно на 20 % выше, чем у TC4; сильные вибрации, склонность к образованию вибрационных следов на режущей кромке
❌ Очень легко подвергается упрочнению при обработке; нельзя останавливать инструмент во время подачи, нельзя использовать низкую подачу с притиркой
❌ Быстрый износ режущего инструмента, склонность к перегоранию режущей кромки

• Рекомендуемая линейная скорость: 25–40 м/мин; необходимо обеспечить максимальную жёсткость станка для уменьшения вибрации
– Применение: титановые пружины, высокопрочные стопорные винты

2) Ti‑80 (TA31)

– Высокопрочный β-титановый сплав, устойчивый к воздействию морской воды
– Характеристики резания: близки к TB9, высокое сопротивление резанию; высокие остаточные напряжения после обработки, при чистой обработке наблюдается деформация, после обработки рекомендуется проводить снятие напряжений
– Линейная скорость: 25–38 м/мин
– Применение: судостроение, высокопрочные детали для морских условий, устойчивые к коррозии

IV. Общее резюме по обработке

1. Режущий инструмент: твердый сплав YG с ультрамелкозернистой структурой, покрытие AlTiN; передний угол 5°–10°, задний угол 12°–15°, легкое затупление режущей кромки для предотвращения сколов.

2. Охлаждение:

использовать режущее масло для титана с экстремальным давлением и большим расходом, по возможности направлять струю непосредственно на вершину режущего инструмента; категорически запрещается сухая обработка.

3. Логика параметров: низкая скорость, умеренная подача, глубина реза не должна быть слишком малой (минимальная подача усиливает поверхностное упрочнение).

4. Оснастка: станки и зажимные приспособления должны обладать высокой жёсткостью, так как при обработке титана β даже незначительные вибрации приводят к появлению заметных следов от резака.

V. Простое руководство по выбору (производство крепежных деталей)

– Обычные облегчённые винты: TA2 (хорошая обрабатываемость, низкая стоимость)
– Универсальные высокопрочные титановые винты: TC4 (отлаженная технология, наилучшее соотношение цены и качества)
– Высокопрочные, самозащитные, пружинные детали: TB9 (высокая стоимость обработки, большой износ режущего инструмента)
– Крепеж, устойчивый к коррозии в морской воде: TA10, Ti‑80