Waarom is het bewerken van titaniumlegeringen zo moeilijk, en welke gereedschappen zijn hiervoor geschikt?

Titanium is allotroop. Onder 882 °C heeft het een dicht opeengepakte hexagonale alfa-structuur; boven 882 °C heeft het een kubisch-ruimtecentrische bèta-structuur. Door legering veranderen de transformatietemperatuur en de fasenbalans, waardoor alfa-, bèta- en alfa-bèta-titaniumlegeringen ontstaan.

Factoren die van invloed zijn op de verspaningsprocessen

Waarom titanium moeilijk te snijden is

• De snijvervormingscoëfficiënt ligt dicht bij of onder 1, waardoor de spanen langs het snijvlak gaan glijden en de slijtage toeneemt.
• De snijtemperatuur is hoog omdat de warmte zich concentreert in de buurt van een korte contactzone tussen het snijgereedschap en de spanen. Onder vergelijkbare omstandigheden kan Ti-6Al-4V bij een snijtemperatuur worden bewerkt die meer dan twee keer zo hoog is als die van koolstofstaal van de 45-kwaliteit.
• Hoewel de belangrijkste snijkracht ongeveer 20% lager kan zijn dan bij constructiestaal, kan de contactdruk oplopen tot 130–150% van die bij staal van de 45-kwaliteit, waardoor de spanning zich aan de rand concentreert.
• Door gasopname en reactieproducten ontstaat een harde, broze en ongelijkmatige oppervlaktelaag die de vermoeiingssterkte aantast en het ontstaan van inkepingen, afbrokkeling en afbladdering bevordert.
• Hoge affiniteit, temperatuur en druk leiden tot ernstige aanhechting en materiaalophoping op het gereedschap.
• Een lage stijfheid leidt tot doorbuiging en terugvering van het werkstuk, waardoor de effectieve vrijloophoek afneemt en de nauwkeurigheid wordt aangetast.

Materiaalkeuze voor gereedschap

Veelgebruikte materialen zijn kobalt-, aluminium- of vanadiumhoudend snelstaal; wolfraam-kobalt-hardmetaal, soms met kleine toevoegingen van andere carbiden; en geselecteerd hardmetaal met een PVD/CVD-coating. Wolfraam-titaniumcarbide en veel gecoate wisselplaten zijn over het algemeen ongeschikt voor deze toepassing.

Gereedschappen van diamant en polykristallijn kubisch boornitride leveren goede prestaties bij afwerkings- en ultraprecisiewerkzaamheden. Diamant biedt een hardheid tot ongeveer 10.000 HV en een uitstekende warmtegeleiding, maar moet bij voldoende koeling en smering onder ongeveer 700–800 °C worden gehouden. PCBN heeft een lagere hardheid, maar een thermische stabiliteit boven 1.200 °C en een hoge chemische inertie ten opzichte van titanium, waardoor het geschikt is voor droog snijden bij hoge temperaturen.