Titanyum alaşımları son yıllarda birçok endüstriyel uygulamada popüler hale gelmiştir. Özellikle havacılık ve medikal sektörlerinde; yeni nesil uçak tasarımlarında ve vücut implantlarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Titanyum alaşımları; korozyona karşı yüksek direnç, yüksek mukavemet/ağırlık oranı ve üstün mekanik özellikler sunar. Titanyumun yüzeyi oksijenle reaksiyona girerek yaklaşık 10 nm kalınlığında, kimyasal olarak kararlı bir oksit tabakası (TiO₂) oluşturur. Bu tabaka, titanyuma mükemmel kimyasal ve korozyon direnci kazandırır.

Titanyumun İşlenmesi Hakkında Bilinmesi Gerekenler

Titanyum Alaşımlarının İşlenmesi

Titanyum alaşımlarının işlenmesi aşağıdaki prosesleri ve operasyonları içerebilir:

Geleneksel Talaşlı İmalat

• Alın frezeleme
• Tornalama
• Delme
• CNC frezeleme
• Yüksek hızlı kesme

Şekillendirme Operasyonları

• Hidroform
• Sıcak ve soğuk şekillendirme
• Dövme

Alternatif İşleme Yöntemleri

• Su jeti ile kesme
• Doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS)
• Lazer kesim

Titanyumun Kimyasal Özellikleri

Titanyum alaşımları birçok üstün özelliğe sahip olsa da, işlenmesi zor malzemeler arasında yer alır. Bunun temel nedeni titanyumun aşağıdaki doğal kimyasal ve fiziksel özellikleridir:

Yüksek Kimyasal Reaktivite

Titanyum işlenirken kaynak benzeri yapışmalar sık görülür. Yüksek sıcaklıklarda titanyum, kesici takıma yapışarak uç kırılmalarına veya takım ömrünün azalmasına neden olabilir.

Düşük Isıl İletkenlik

Titanyum, kesme bölgesinde oluşan ısıyı yeterince hızlı absorbe edemez. Bu durum, kesici takım üzerinde aşırı ısı birikmesine ve takım ömrünün kısalmasına yol açar.

Düşük Elastik Modül

Titanyumun elastik yapısı, kesme sırasında malzemenin takımdan kaçmasına (spring-back) neden olur. Bu durumda kesici kenar kesmek yerine sürtünür; sürtünme artar ve kesme bölgesinde ısı yükselir.

Titanyum İşlerken Kesme Sıvısı Seçimi

Titanyum işleme için su bazlı kesme sıvıları, saf yağlara veya klorlu yağlara kıyasla daha uygundur. Bunun nedeni, suyun ısıyı ortamdan uzaklaştırma ve soğutma kabiliyetinin daha yüksek olmasıdır.

Klorlu kesme sıvıları ise titanyumu gerilme korozyonuna karşı hassas hale getirebilir.

Düşük hızda fakat yüksek zorlanmalı kesme operasyonlarında; fosfor içeren EP katkılı ve kükürt katkılı su bazlı kesme sıvıları, takım aşınmasını azaltır ve en iyi performansı sağlar.

Titanyumun İşlenmesi Hakkında Bilinmesi Gerekenler

Titanyum Parçalar İçin İşleme Parametreleri ve Uygulamalar

Kesme sıvısı seçimine ek olarak, yapılan çalışmalar belirli işleme parametreleri ve uygulamaların titanyumun işlenebilirliğini artırdığını göstermektedir:

• Yüksek debili su bazlı kesme sıvısı kullanımı
• Daha düşük kesme hızları
• Daha yüksek talaş derinliği

Düşük kesme hızlarının ve yüksek hacimli soğutma uygulamalarının temel amacı, ısı ve basıncı azaltmaktır.

Ayrıca, kesici takımın titanyumla temas süresini azaltan işleme programları kullanmak oldukça faydalıdır. Temas süresi uzadıkça oluşan ısı da artar.

Önerilen Kesici Takımlar ve Hızlar

Titanyum işleme için önerilen kesici takım malzemeleri:

• Polikristalin Elmas (PCD)
• Kübik Bor Nitrür (CBN)

Önerilen kesme hızı aralığı 12 – 80 m/dk olup, HSS (Yüksek Hız Çeliği) kesici takımlar kullanıldığında bu hızlar yaklaşık %50 daha düşük olmalıdır.

Titanyumun düşük elastik modülü nedeniyle, iş parçası kesme sırasında esneme eğilimindedir. Bu nedenle:

• Daha rijit bağlama düzenekleri
• Kesici takımlar için daha geniş boşluk açıları

kullanılması önerilir.

Alternatif Üretim Yöntemleri

Geleneksel talaşlı imalatın dışında titanyum için aşağıdaki yöntemler de uygulanabilir:

• Dövme
• Su jeti ile kesme
• Lazer kesim
• Doğrudan metal lazer sinterleme

Dövme işlemlerinin 925 °C’nin altında gerçekleştirilmesi tavsiye edilir.

Doğrudan metal lazer sinterleme ise, bilgisayarlı tomografi verileri ve özel 3D modeller üzerinden katmanlı üretim yaparak yüksek detaylı ve karmaşık geometrilerin elde edilmesini sağlayan, daha verimli bir yöntemdir.

Titanyumun İşlenmesi Hakkında Bilinmesi Gerekenler

Özet

Titanyum, sahip olduğu üstün fiziksel ve kimyasal özellikler sayesinde birçok endüstride tercih edilen bir malzemedir. Ancak işlenebilirliği düşüktür. Bu nedenle daha verimli ve güvenli bir üretim için belirli işleme stratejileri uygulanmalıdır.

WC-Co oranı yüksek karbür takımlar, düşük kesme hızları ve yüksek debili su bazlı kesme sıvıları, titanyum işleme için önerilen temel uygulamalar arasında yer alır.