Gia công hợp kim chịu nhiệt cao (Titan, Inconel,…) cần lưu ý những gì ?
Hợp kim chịu nhiệt cao (high temperature alloys) hay còn được gọi là siêu hợp kim (super alloy): là hợp kim có nền là các nguyên tố Fe, Ti, Ni và Co. Hợp kim chịu nhiệt cao có rất nhiều ưu điểm: độ bền cao ngay cả khi ở trong môi trường nhiệt độ rất cao (300 ~ 2200 °C); chống oxy hóa và chống ăn mòn tốt; có độ dẻo cao và độ bền mỏi tốt. Hợp kim chịu nhiệt cao là vật liệu thành công trong các ứng dụng mà inox không thể giải quyết được.
Chính vì vậy, nó có thể được sử dụng rất rộng rãi. Tuy nhiên, giá thành vật liệu hợp kim chịu nhiệt cao khá đắt. Do đó, hợp kim chịu nhiệt cao hiện mới được sử dụng trong 3 ngành chính là: hàng không vũ trụ; hóa dầu và y khoa.
Trong gia công cơ khí, hợp kim chịu nhiệt cao tạo ứng suất khi gia công cũng rất cao, nhìn chung là vật liệu rất khó gia công (khó gia công hơn inox). Do đó, gia công hợp kim chịu nhiệt cao đòi hỏi phải có những đặc tính riêng. Đòi hỏi những dụng cụ cắt có kết cấu riêng để đạt hiệu suất gia công tối ưu nhất.
Vì có những đặc điểm gia công rất khác biệt, nên hợp kim chịu nhiệt cao được nhóm thành một nhóm riêng. Kí hiệu nhóm hợp kim chịu nhiệt cao là S, và kí hiệu màu sắc là màu dam cam.
Trong nhóm S, thường được phân thành các nhóm nhỏ dựa trên nền các nguyên tố hợp kim:
1) Hợp kim nền Ti: T40, TiAl6V4.
2) Hợp kim nền Fe: Incoloy 800, Incoloy 901, Discalloy (Độ cứng: 180-300 HB).
3) Hợp kim nền Ni: Inconel 718, Nimonic 75, Waspalloy (Độ cứng: 180-380 HB).
4) Hợp kim nền Co: Stellite 21, Steelite 32, Haynes 25 (Độ cứng: 300-400 HB).
Các hợp kim dựa trên nền Fe và Ni có cấu trúc Austenitic, mang lại các tính năng như độ dẻo cao và khả năng dính dao (hiện tượng lẹo dao), tạo ra hoạt động gia công dẻo giống như thép không gỉ (inox) austenit. Ngoài ra, các hợp kim này được thiết kế cho các ứng dụng ở nhiệt độ cao mà vẫn giữ được độ bền ở nhiệt độ hình thành phoi trong quá trình gia công, tạo ra sự kiểm soát phoi khó khăn. Khả năng dẫn nhiệt ít hơn nhiều so với thép và các vật liệu phổ biến khác và nhiệt độ luôn cao ở các cạnh cắt của dụng cụ cắt.
Hợp kim nền Co là vật liệu khó gia công nhất trong nhóm S. Chúng là sự kết hợp khả năng chống mài mòn cơ học tuyệt vời, đặc biệt là ở nhiệt độ cao, với khả năng chống ăn mòn rất tốt. Thành phần của nó dựa kim loại nền là Co (Cô ban) cùng với Cr (Crom), W (Vonfram), C (Carbon) và Si (Si-líc). Vật liệu này gây ra mài mòn và tăng đáng kể tốc độ hao mòn dụng cụ cắt (mòn cạnh và góc cắt).
Các vấn đề gặp phải khi gia công hợp kim chịu nhiệt cao:
Sự dính cứng xảy ra khi kim loại gia công dính cứng lại tại đầu lưỡi cắt, đặc biệt là dụng cụ cắt kém, bị biến dạng dẻo. Lớp dính cứng này làm khó cắt hơn trong các bước cắt tiếp theo hoặc các gia công tiếp theo. Nó làm tăng khả năng hao mòn dụng cụ cắt, và dẫn đến dụng cụ cắt không thể gia công tiếp tục được.
Sự gia nhiệt được tạo ra trên vùng gia công không được phân tán nhanh chóng như khi gia công thép và inox. Nó làm tăng các nguy cơ Biến dạng dẻo, và cũng dẫn đến dụng cụ cắt không thể gia công tiếp tục được.
Để giảm hiện tượng lẹo dao, dụng cụ cắt phải có lưỡi cắt sắc và có góc sau dương.
Vì vậy, kết cấu hình học của lưỡi cắt của dụng cụ cắt sẽ được thiết kế theo từng nhóm vật liệu trong nhóm S như sau:
