Обработка молибдена: проблемы и решения

Молибден — металл, используемый в компонентах самолетов, турбинах и режущих инструментах из-за его превосходной твердости и прочности. Обработка молибдена может быть сложной, если рассматривать его использование в режущих инструментах. 

Как преодолеть трудности обработки молибдена? В этом подробном руководстве вы узнаете, как резать детали из молибдена, какие методы обработки молибдена использовать, а также советы по преодолению проблем обработки молибдена. 

Что такое молибден?

ФОТО: Металлический молибден

Молибден — металл, который по прочности сопоставим с нержавеющей сталью и обладает высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает его пригодным для многих сфер применения и изготовления деталей.

Молибден обладает превосходной тепло- и электропроводностью, а также низким коэффициентом теплового расширения, что позволяет использовать его в условиях высоких напряжений и высоких температур. 

Молибден также является легирующим элементом, который смешивают с другими металлами, обычно с нержавеющей сталью, для повышения ее прочности и ударной вязкости. 

Вот краткое сравнение молибдена и нержавеющей стали.

молибденовые сплавы

Молибден является легколегируемым элементом, и часто сплавы молибдена обладают лучшими свойствами, чем чистый молибден, что делает его полезным в различных отраслях промышленности. 

НАЗВАНИЕ: Молибден и другие легирующие металлы

Сплав ТЗМ 

Сплав титана-циркония-молибдена содержит 99.4% молибдена с 0.5% титана, 0.08% циркония и 0.02% углерода. Сплав TZM имеет более низкую теплопроводность (126 Вт/мК), чем чистый молибден (138 Вт/мК), но более высокое сопротивление ползучести. 

Сплав молибден-лантан

Сплав Mo-La содержит от 0.3 до 0.5% лантана, что делает сплав более пластичным, чем чистый молибден. Он также повышает термическую стабильность, делая сплавы молибдена и лантана полезными в деталях печей.

Сплав молибден-гафний-углерод

Этот сплав молибдена используется в ракетных соплах и газовых турбинах из-за его высокотемпературной прочности и теплопроводности. 0.005% углерода помогает молибдену образовывать карбиды, увеличивая его твердость. 

Свойства обработки молибдена

Зная особенности молибдена и влияние легирующих элементов на прочность и вязкость, вы сможете лучше понять свойства молибдена при механической обработке. 

Обрабатываемость молибдена

Молибден сложен в обработке, в основном, потому что он имеет высокую твердость и является хрупким металлом при комнатной температуре. Другая проблема обработки молибдена — это деформационное упрочнение, когда вы пытаетесь разрезать молибден. 

1. Твёрдость молибдена

Молибден по своей природе прочен. Обработка молибдена абразивна для режущие инструменты и может значительно сократить срок службы инструмента из-за его высокой прочности. 

2. Хрупкость молибдена

Во время обработки молибдена на станках с ЧПУ он подвергается воздействию кислорода, что делает его хрупким и склонным к растрескиванию. Молибден легко ломается, поэтому для молибдена используются специальные режущие инструменты с ЧПУ.

3. Закалка

Когда металл деформируется при температурах ниже рекристаллизации, он становится тверже и прочнее. Обработка молибдена на станках с ЧПУ приводит к образованию наклепанного молибдена, что еще больше усложняет его обработку. 

Эти факторы в совокупности влияют на обрабатываемость молибдена, что затрудняет резку, делает его склонным к сколам и трещинам, а также абразивным для режущих инструментов. 

Производство тепла

Обработка молибдена представляет собой еще одну проблему на кончике инструмента – избыточное выделение тепла. Молибден имеет высокую температуру плавления, что выгодно при обработке, но абразивность способствует высокому трению на кончике режущего инструмента. 

Тепло, возникающее при резании, например, при точении и фрезеровании, может быстро изнашивать инструмент вместо того, чтобы размягчать заготовку.

Застроенная кромка (BUE)

Большинство пластичных металлов производят стружку, которая прилипает к заготовке, что приводит к засорению и неэффективной резке. Молибден имеет преимущество в том, что производит крошащуюся стружку, которая откалывается от заготовки. 

Коррозионная стойкость

Молибден устойчив к окислению и коррозии при комнатной температуре. Это означает, что выбор охлаждающей жидкости не ограничен факторами коррозии. Можно использовать охлаждающие жидкости как на водной, так и на масляной основе, что снижает затраты. 

При высокоскоростной резке, достигающей температуры около 600°C, следует учитывать риски окисления и образования оксидной пленки, что может затруднить последующую обработку и обработку поверхности.

Советы по преодолению трудностей при обработке

НАЗВАНИЕ: Режущие инструменты

Износ инструмента 

Молибден и его сплавы, в частности вольфрамовые сплавы, изнашивают режущие инструменты примерно на 30% быстрее, чем нержавеющая сталь. Это увеличивает время простоя и время смены инструмента, напрямую увеличивая затраты на обработку обработанных молибденовых деталей. 

Решение заключается в использовании инструментов из карбида вольфрама марки C2, поскольку быстрорежущая сталь не может работать на длинных производственных участках. Вы можете пойти дальше, используя передние углы от 5 до 10° с инструментами из карбида. 

Услуги по обработке на станках с ЧПУ, специализирующиеся на обработке молибдена, используют алмазные наконечники для крупносерийного производства. 

НАЗВАНИЕ: Твердосплавные многозубые фрезерные инструменты

Хрупкость и растрескивание

При обработке молибдена на станках с ЧПУ сколы кромок могут привести к образованию трещин, нарушающих целостность и качество поверхности молибденовых деталей. 

Это можно исправить, используя более острый инструмент с малым радиусом кромки около 0.0001". Направление вращающейся детали во время токарной обработки с ЧПУ может уменьшить вибрации, что также может уменьшить растрескивание. Другим решением является уменьшение скорости подачи вблизи краев заготовки. 

Рабочее упрочнение

Любая пластическая деформация может привести к наклепу, поэтому избегайте неглубоких резов и используйте глубину резания около 0.015 дюйма. Вы также можете использовать отожженную молибденовую заготовку для непрерывной обработки на одной заготовке. 

Выбор охлаждающей жидкости

Накоплению тепла во время обработки можно противостоять с помощью эффективных охлаждающих жидкостей и регулировки параметров резания. Вы можете значительно продлить срок службы фрезерного и токарного инструмента с ЧПУ, используя охлаждающие жидкости на основе серы, которые уменьшают трение. 

Для сверления, нарезания резьбы и резьбонарезания можно использовать хлорированные масла. Эти охлаждающие масла хорошо прилипают и выдерживают высокое давление во время высокоскоростной токарной обработки с ЧПУ. 

Растворимые масла имеют плохую смазку и обычно используются для резки молибдена. Когда при высокоскоростной резке происходит охлаждение потоком, можно использовать расход охлаждающей жидкости 35 литров/мин.

Обработка молибдена на станках с ЧПУ

Обработка молибдена может быть сложной, даже с использованием станков с ЧПУ и автоматической регулировки обратной связи. Это не исключает CNC-обработка для молибденовых деталей.

Токарная обработка с ЧПУ

Токарный станок с ЧПУ использует вращающуюся заготовку, помещенную в патрон, и неподвижный режущий инструмент, который подает ее в заготовку. Токарная обработка с ЧПУ обычно производит цилиндрические готовые детали, такие как втулки и полуобработанные стержни для дальнейшей обработки. 

Для токарной обработки деталей из молибдена на станках с ЧПУ

• Инструмент: твердосплавные инструменты и пластины класса C2 с положительным передним углом 
• Охлаждающая жидкость: масло на основе серы
• Сухая обработка: только для легких резов
• Скорость подачи: до 0.025 дюйма за оборот и от 0.005 до 0.010 дюйма для чистовой обработки
• Глубина резания: 0.005 дюйма для чистовой обработки.

Токарная обработка на станке с ЧПУ из молибденовой заготовки

Фрезерные

Фрезерные

фрезерные с ЧПУ использует фиксированную заготовку и вращающийся многозубчатый режущий инструмент, который перемещается по 3 осям для создания поверхностных элементов на заготовке. Фрезерование с ЧПУ может производить пазы, отверстия и квадратные элементы для деталей. 

Молибденовые заготовки на станке можно превратить в обработанные на станке с ЧПУ молибденовые детали, такие как кронштейны и формы. 

Для фрезерования с ЧПУ, молибденовые компоненты

• Инструмент: твердосплавная концевая фреза с титано-алюминиево-никелевым покрытием
• Охлаждающая жидкость: Жидкость на основе серы
• Скорость подачи: 0.010 дюйма в минуту для чернового фрезерования и 0.005 дюйма для чистового фрезерования.
• Глубина реза: до 0.005 дюйма

Электроэрозионная обработка проволоки

Электроэрозионная обработка обычно использует проволочный электрод, который испаряет молибденовый металл, создавая путь реза в заготовке. Электроэрозионная обработка проволокой отлично подходит для создания высокоточных обработанных молибденовых деталей с допуском по высоте до +/- 0.0001". Это популярный метод в индивидуальной обработке с ЧПУ. 

• Инструмент: Латунная или медная проволока
• Сила тока: 10 А
• Скорость подачи: 0.1 дюйма в минуту

В качестве охлаждающей жидкости и для промывки эродированного молибдена используйте деионизированную жидкость комнатной температуры. 

Электроэрозионная обработка проволоки

Шлифование с чпу

Для применения в аэрокосмической промышленности шероховатость и качество поверхности очень важны. Шлифование с ЧПУ позволяет достичь высокоточной отделки молибденовых сплавов с превосходной чистотой поверхности до 2 RMS и индивидуальными допусками до +/-0.0005 дюйма. 

Шлифовка с ЧПУ использует абразивный круг, который вращается и вращается внутри закрытой камеры, удаляя крошечные количества материала с поверхности молибдена. Шлифовку с ЧПУ можно также выполнять на криволинейных поверхностях с помощью токарного станка. 

• Инструмент: абразивные круги из прочного оксида алюминия или алмазные круги. 
• Глубина резания: 0.0001” за проход

Для удаления мусора используйте охлаждающую жидкость на водной основе. 

Обработка поверхности молибдена

Для получения гладкой поверхности молибдена требуются типичные методы обработки поверхности. 

• Механическая полировка: удаляет следы от инструментов на молибдене и использует абразивные ленты для соскабливания тонких слоев молибдена. Различные абразивные наждачные бумаги используются постепенно. 
• Пескоструйная обработка: этот процесс является стандартным для восстановления молибденовых деталей или придания им равномерной шероховатости с помощью абразивной обработки поверхности на высокой скорости. 
• Покрытие: Вы также можете наносить на молибденовые детали гальваническое покрытие с различными покрытиями для повышения их долговечности или эстетичности. 

Сплав TZM против чистого молибдена для обработки

Сплав TZM или сплав титана-циркония-молибдена содержит 0.5% титана, 0.08% циркония, 0.02% углерода и молибдена. Этот состав отличает его от чистого молибдена, а также изменяет его свойства. 

Физические свойства

Сплав TZM имеет более высокую прочность, но схожую температуру плавления около 2,610°C и теплопроводность около 126 Вт/мК. 

обработка

Между сплавом TZM и молибденом существует очень небольшая разница в обрабатываемости. Большинство параметров обработки на станках с ЧПУ остаются прежними при схожих скоростях подачи. Сплавы TZM требуют меньшей скорости обработки на станках с ЧПУ в некоторых случаях обработки из-за их высокой прочности. 

Несмотря на замедление скорости обработки, обработанная деталь из молибдена и титана прочнее. 

Применение обработанных деталей из молибдена

Молибден и сплав TZM обладают исключительными физическими свойствами и химической стойкостью, что делает их хорошим материалом для различных применений. 

Аэрокосмическая индустрия

TZM может выдерживать экстремальную тепловую и испарительную эрозию от газа, вытекающего из высокоточных аэрокосмических компонентов, таких как сопла ракет. Кроме того, лопатки турбин из молибдена обладают превосходной усталостной прочностью и сопротивлением ползучести по сравнению со сталью.

Полупроводниковые приборы

В полупроводниках используются молибденовые пленки, нанесенные с помощью методов физического осаждения из паровой фазы (PVD). 

Листы молибдена (фрезерованные) служат основой для тонкопленочных схем, а в специальном радиаторе для рассеивания тепла используются ребра из молибдена, вырезанные методом электроэрозионной обработки. 

Биомедицинские компоненты

В рентгеновских аппаратах анод рентгеновской трубки изготавливается из обработанного на станке с ЧПУ молибдена для прочности и теплопроводности. Листы молибдена также полезны для блокировки рентгеновских лучей. 

Высокое качество Изготовление молибдена

 Наши Обработка с ЧПУ поставляет высококачественные прецизионные детали и готовые компоненты нестандартных размеров для таких отраслей, как аэрокосмическая промышленность и прототипирование. 

Наш прецизионный цех может обеспечить жесткие допуски, соответствующие вашим спецификациям, а наша лаборатория по обработке поверхностей гарантирует производительность и долговечность отделки. 

Получите бесплатную консультацию сегодня по выбору материалов и производству. 

Заключение

Молибден поддерживает сложные геометрические стандарты регулирования в аэрокосмической отрасли и является прочным материалом. Проблема возникает при обработке молибдена, которая требует тщательной настройки параметров резки, обеспечивающих точность и надежность. 

FAQ

• Можно ли обрабатывать молибден?

Молибден, TZM и молибденовые сплавы можно обрабатывать традиционным способом с использованием твердосплавных и алмазных инструментов. 

• Каковы основные свойства молибдена при механической обработке?

Молибден обладает превосходной коррозионной стойкостью, высокой прочностью, ударной вязкостью и высокой температурой плавления. Молибден не является материалом, поддающимся обработке, и является хрупким.  

• Что такое сплав TZM и чем он отличается от чистого молибдена?

Сплав TZM содержит более 99% молибдена, 0.5% титана, 0.08% циркония и 0.02% углерода.

• Какие режущие инструменты рекомендуются для TZM?

Для сплава TZM требуются режущие инструменты из карбида C2 или алмазные режущие инструменты, которые являются усовершенствованием по сравнению с твердосплавными инструментами.