Vodič za odabir materijala za CNC obrađene dijelove: usporedba aluminija, čelika i titana

Odabir pravog materijala za CNC obrađeni dio jedna je od najvažnijih odluka u proizvodnom procesu. Prije nego što jedan alat dotakne obradak, izbor materijala već je odredio mehaničke performanse dijela, njegovu kompatibilnost s procesom obrade i značajan dio ukupnih troškova proizvodnje. Ako ga napravite ispravno, imat ćete komponentu koja pouzdano radi unutar specifikacija za predviđeni vijek trajanja. Ako ga napravite pogrešno, suočit ćete se s kvarovima alata, dimenzijskom nestabilnošću, preranim kvarom dijela ili prekoračenjem proračuna od kojeg se teško oporaviti.

Titan vs aluminij vs čelik

Ovaj vodič uspoređuje tri najčešće korištene kategorije materijala u CNC obradi: aluminij, čelik i titan. Za svaku od njih ispitujemo osnovna mehanička svojstva, uobičajene klase, karakteristike obradivosti i primjene u kojima postižu najbolje rezultate.

Zašto je odabir materijala važan kod CNC obrade

Odabir materijala nije sekundarni faktor u CNC obradi. On je u središtu svake inženjerske i proizvodne odluke koja slijedi. Materijal određuje koliko agresivno se dio može obraditi, koliko će dugo alat trajati, hoće li gotova komponenta zadržati svoje dimenzije pod toplinskim ili mehaničkim naprezanjem i u konačnici hoće li dio preživjeti radno okruženje. Svojstva materijala izravno utječu na sile rezanja, integritet površine i vijek trajanja alata, čineći odluke o materijalima u ranoj fazi temeljnim za učinkovitost procesa. [1].

Ključni čimbenici koji utječu na izbor materijala

Nijedan materijal ne ističe se u svakoj kategoriji performansi. Odabir zahtijeva vaganje nekoliko konkurentskih varijabli u odnosu na specifične zahtjeve primjene.

• Mehanička čvrstoća. Materijal mora izdržati opterećenja s kojima će se susresti tijekom upotrebe bez trajne deformacije ili loma. Podaci o granici razvlačenja i vlačnoj čvrstoći iz standardiziranih ispitivanja, kao što su protokoli za vlačno ispitivanje ASTM E8, pružaju osnovu za ove usporedbe. [2].
• Zahtjevi za težinu. U zrakoplovstvu, robotici i prijenosnoj elektronici, masa je izravna varijabla performansi. Teža komponenta koja zadovoljava zahtjeve čvrstoće i dalje može biti pogrešan izbor ako dodaje nepotrebno opterećenje sustavu dizajniranom prema učinkovitosti težine.
• Otpornost na koroziju i toplinu. Dijelovi koji rade u vlažnim, kemijski agresivnim ili visokotemperaturnim okruženjima zahtijevaju materijale koji održavaju svoja svojstva u tim uvjetima. Komponenta koja dobro radi na sobnoj temperaturi može se brzo degradirati ako se radno okruženje ne uzme u obzir pri odabiru materijala.
• Obradivost. Neki materijali režu čisto i brzo; drugi stvaraju prekomjernu toplinu, otvrdnjavaju se pod alatom za rezanje ili uzrokuju ubrzano trošenje alata. Obradivost izravno utječe na vrijeme ciklusa, troškove alata i postignutu završnu obradu površine. Ocjene obradivosti ASM Internationala pružaju standardiziranu referencu za usporedbu materijala u ovoj kategoriji.
• Kvaliteta završne obrade površine. Određene primjene, posebno medicinski uređaji i optičke komponente, zahtijevaju vrlo niske vrijednosti hrapavosti površine. Reakcija materijala na završne operacije, uključujući brušenje, lepanje i eloksiranje, mora biti u skladu sa specifikacijama krajnje upotrebe.
• Obim proizvodnje. Materijal koji je ekonomičan pri malim količinama može postati preskup pri velikim količinama ako zahtijeva česte izmjene alata, sporije brzine pomaka ili operacije sekundarne završne obrade. Suprotno tome, teži materijal za obradu može biti opravdan za male količine, a visokovrijedne komponente.
• Proračunska ograničenja. Trošak sirovine samo je jedan dio jednadžbe. Vrijeme obrade, potrošnja alata, stopa otpada i troškovi naknadne obrade doprinose ukupnom trošku po dijelu.

Kako materijal utječe na proizvodnju

Nakon odabira materijala, utjecaji na gotovo svaku fazu procesa obrade dosežu se u gotovo svaku fazu.

• Trošenje alata i vrijeme obrade su među najneposrednijim posljedicama. Tvrdi, abrazivni materijali poput alatnog čelika ili legura titana značajno ubrzavaju trošenje alata za rezanje u usporedbi s aluminijem ili inženjerskom plastikom. Smanjenje brzine rezanja od 50 do 70 posto često je potrebno pri obradi legura titana u usporedbi s aluminijem, što izravno povećava vrijeme ciklusa i operativne troškove. [3].
• Preciznost i dimenzijska stabilnost Na njih utječe kako materijal reagira na toplinu stvorenu tijekom rezanja. Materijali s visokim koeficijentima toplinskog širenja ili oni koji su skloni oslobađanju od naprezanja tijekom obrade mogu se dimenzijski promijeniti nakon što dio napusti uređaj. To je posebno važno za komponente s uskim tolerancijama gdje su odstupanja od čak i nekoliko mikrona neprihvatljiva.
• Trajnost dijelova i potrebe za održavanjem određuju se time koliko dobro materijal podnosi habanje, umor i degradaciju okoliša tijekom svog vijeka trajanja. Komponenta izrađena od ispravnog materijala za svoju primjenu zahtijevat će manje održavanja, imat će manje kvarova tijekom rada i ostvariti niže ukupne troškove vlasništva.
• Ukupni trošak proizvodnje odražava zbroj svih ovih varijabli. Cijena materijala, brzina obrade, vijek trajanja alata, stopa otpada i zahtjevi za završnu obradu zajedno određuju je li projekt ekonomski isplativ pri potrebnom obujmu proizvodnje.

Aluminij: Lagan i jednostavan za obradu

Aluminij je najčešće korišten metal u CNC obradi, i to s dobrim razlogom. Nudi kombinaciju niske gustoće, dobre mehaničke čvrstoće i iznimne obradivosti s kojom se malo koji drugi materijal može mjeriti uz usporedivu cijenu. Za primjene gdje su učinkovitost težine i brzina proizvodnje prioriteti, aluminij je često prvi materijal koji se procjenjuje. Njegova svestranost u različitim industrijama, od zrakoplovstva do potrošačke elektronike, odražava koliko se dobro njegova svojstva usklađuju sa širokim rasponom inženjerskih zahtjeva.

CNC obrada aluminija

Glavna svojstva aluminija

Privlačnost aluminija u CNC obradi proizlazi iz nekoliko svojstava koja djeluju zajedno, a ne iz neke pojedinačne istaknute karakteristike.

• Lagan. Aluminij ima gustoću od približno 2.7 g/cm³, što je otprilike trećina gustoće čelika. Zbog toga je zadani izbor za primjene osjetljive na težinu gdje se moraju održati strukturne performanse bez dodavanja nepotrebne mase.
• Dobra otpornost na koroziju. Aluminij prirodno formira tanki oksidni sloj na svojoj površini kada je izložen zraku. Ovaj pasivni sloj pruža značajnu zaštitu od atmosferske korozije bez ikakve dodatne obrade, iako anodizacija može značajno poboljšati tu zaštitu u težim uvjetima. [4]
• Izvrsna obradivost. Aluminij reže čisto pri velikim brzinama s relativno niskim silama rezanja. Tijekom obrade stvara manje topline od čelika ili titana, što smanjuje trošenje alata i omogućuje brže vrijeme ciklusa. To se izravno prevodi u niže troškove proizvodnje po komadu, kako pri malim tako i pri velikim količinama.
• Dobra toplinska i električna vodljivost. Zbog ovih svojstava aluminij je pogodan za hladnjake, električna kućišta i komponente za upravljanje toplinom gdje je odvođenje topline funkcionalni zahtjev.

Uobičajene CNC obradne klase

Nisu sve aluminijske legure identične u obradi ili u upotrebi. Odabir kvalitete unutar obitelji aluminija jednako je važan kao i odabir aluminija u odnosu na drugi materijal.

• 6061 Aluminij je najčešće specificirana aluminijska legura u CNC obradi. Nudi dobru ravnotežu čvrstoće, otpornosti na koroziju i obradivosti te dobro reagira na eloksiranje i druge površinske obrade. Njegova granica razvlačenja od približno 276 MPa u stanju T6 čini je pogodnom za konstrukcijske nosače, okvire i kućišta u širokom rasponu industrija.
• 7075 Aluminij je legura veće čvrstoće s granicom razvlačenja koja se približava 503 MPa u stanju T6, što je čini jednom od najjačih aluminijskih legura dostupnih za strojnu obradu. Koristi se tamo gdje zahtjevi za čvrstoćom premašuju ono što 6061 može pouzdano isporučiti, kao što je to slučaj u konstrukcijskim komponentama zrakoplova i visokoučinkovitoj sportskoj opremi. Nedostatak je neznatno smanjena otpornost na koroziju u usporedbi s 6061, što se obično rješava zaštitnim premazima.

Prednosti

• Veće brzine obrade. Aluminij se može obrađivati ​​brzinama rezanja dva do tri puta većim od mekog čelika, što smanjuje vrijeme ciklusa i značajno povećava protok.
• Niži troškovi strojne obrade. Veće brzine u kombinaciji sa smanjenim trošenjem alata znače da je proizvodnja aluminijskih dijelova po jedinici jeftinija od proizvodnje ekvivalentnih dijelova od čelika ili titana.
• Dobar omjer čvrstoće i težine. Iako aluminij nije toliko čvrst kao čelik u apsolutnom smislu, njegova čvrstoća u odnosu na težinu je konkurentna za širok raspon konstrukcijskih primjena.
• Jednostavno eloksiranje i završna obrada. Aluminij lako prihvaća eloksiranje, praškasto premazivanje i kemijsku obradu filma, što inženjerima daje širok raspon mogućnosti površinske obrade i zaštite od korozije.

Ograničenja

• Manja otpornost na habanje od čelika. Aluminijske površine se brže troše u abrazivnim uvjetima ili uvjetima visokog trenja, što ograničava njihovu upotrebu u ležajnim površinama i kontaktnim područjima s visokim trošenjem bez dodatne površinske obrade.
• Može se deformirati pod velikim opterećenjem. Pri razinama naprezanja koje se susreću u teškim industrijskim primjenama, niža granica razvlačenja aluminija u usporedbi s čelikom znači da se on može trajno deformirati tamo gdje bi čelik ostao elastičan.

Tipične primjene

Profil svojstava aluminija čini ga preferiranim izborom u nekoliko zahtjevnih industrija.

• Zrakoplovne komponente. Rebra krila, okviri trupa i konstrukcijski nosači su područja gdje je smanjenje težine primarni cilj dizajna.
• Automobilski dijelovi. Nosači, kućišta i komponente ovjesa gdje smanjena masa komponenti poboljšava učinkovitost goriva i upravljivost.
• Kućišta za elektroniku. Kućišta i hladnjaci gdje je potrebna toplinska vodljivost i lagana konstrukcija.
• Dijelovi robotike. Strukturne ruke i komponente krajnjeg efektora su minimizirane, što je izravno poboljšalo brzinu sustava i potrošnju energije.

Čelik: Visoka čvrstoća i izdržljivost

Čelik ostaje okosnica industrijske CNC obrade. Dok aluminij nudi prednosti u težini, čelik pruža vlačnu čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje koje zahtijevaju teške primjene. To je materijal izbora kada komponenta mora podnijeti velika opterećenja, oduprijeti se degradaciji površine ili pouzdano raditi tijekom dugih ciklusa rada pod mehaničkim naprezanjem. Širok raspon dostupnih vrsta čelika daje inženjerima preciznu kontrolu nad kompromisom između čvrstoće, žilavosti, otpornosti na koroziju i obradivosti.

CNC obrada nehrđajućeg čelika

Glavna svojstva čelika

• Visoka vlačna čvrstoća. Čelične legure obuhvaćaju širok raspon čvrstoće, od mekih čelika s granicom razvlačenja oko 250 MPa do kaljenih alatnih čelika koji prelaze 1,900 MPa. Ovaj raspon čini čelik primjenjivim u iznimno širokom rasponu konstrukcijskih i mehaničkih primjena. [5].
• Izvrsna trajnost. Čelične komponente zadržavaju svoja mehanička svojstva pod trajnim cikličkim opterećenjem, što ih čini prikladnima za primjene kritične za umor materijala kao što su osovine, zupčanici i konstrukcijski pričvršćivači.
• Dobra otpornost na habanje. Tvrđe vrste čelika otpornije su na površinsku abraziju i kontaktno trošenje od aluminija ili većine inženjerskih plastika, što je ključno kod komponenti koje su izložene kontinuiranom klizanju ili udarnom kontaktu.
• Pogodno za primjene s visokim opterećenjem. Kombinacija visoke granice razvlačenja i dobre žilavosti znači da čelik može apsorbirati značajnu energiju prije loma, što je bitno kod sigurnosno kritičnih strukturnih komponenti.

Uobičajene CNC obradne klase

Odabir vrste čelika ima značajan utjecaj i na ponašanje obrade i na performanse gotovog dijela. Sljedeće vrste su među najčešće specificiranima u CNC obradi.

• Blagi čelik 1018 je niskougljični čelik s dobrom obradivošću i zavarivošću. Njegova granica razvlačenja od približno 370 MPa čini ga prikladnim za opće konstrukcijske komponente, osovine i učvršćenja gdje nije potrebna ekstremna čvrstoća. Čisto se obrađuje i jedna je od isplativijih opcija čelika za velikoserijsku proizvodnju.
• Nehrđajući čelik 304 je najčešće korištena vrsta nehrđajućeg čelika u svijetu. Nudi dobru otpornost na koroziju u većini atmosferskih i blago kemijskih okruženja, s vlačnom čvrstoćom od približno 515 MPa. Specificiran je za preradu hrane, medicinu i arhitektonske primjene gdje su higijena i otpornost na koroziju prioriteti.
• Nehrđajući čelik 316 dodaje molibden sastavu čelika 304, što značajno poboljšava otpornost na koroziju uzrokovanu kloridima. Zbog toga je preferirana vrsta za okruženja u pomorstvu, farmaceutskoj i kemijskoj obradi gdje bi 304 korodirao neprihvatljivo. [6].
• Alatni čelik D2 je visokougljični i visokokromni alatni čelik za hladnu obradu s iznimnom tvrdoćom i otpornošću na habanje. Koristi se za alate za rezanje, matrice i probijače gdje su površinska tvrdoća i dimenzijska stabilnost pod opterećenjem kritične. Njegova obradivost znatno je niža od one kod mekih ili nehrđajućih čelika, što povećava vrijeme proizvodnje i troškove izrade alata.

Prednosti

• Jači od aluminija. Veća tečnost i vlačna čvrstoća čelika čine ga ispravnim izborom za komponente koje moraju podnijeti opterećenja izvan pouzdanog raspona aluminija.
• Izvrsne strukturne performanse. Čelik zadržava svoja mehanička svojstva u širokom rasponu temperatura, što ga čini pouzdanim i u sobnim i umjereno povišenim temperaturama.
• Dugi vijek trajanja. Pravilno specificirane i obrađene čelične komponente otporne su na umor, habanje i deformacije tijekom duljih ciklusa rada, smanjujući učestalost zamjene i troškove životnog ciklusa.

Ograničenja

• Teži od aluminija. Gustoća čelika od približno 7.8 g/cm³ gotovo je tri puta veća od gustoće aluminija. U primjenama osjetljivim na težinu, ovo je značajan nedostatak koji se mora opravdati zahtjevom za čvrstoću.
• Dulje vrijeme obrade. Čelik zahtijeva niže brzine rezanja i stvara više topline tijekom obrade od aluminija, što povećava vrijeme ciklusa i potrošnju energije po obratku.
• Veće trošenje alata. Tvrdoća čelika ubrzava trošenje alata za rezanje, posebno kod tvrđih vrsta kao što su alatni čelik D2 ili kaljeni nehrđajući čelik, što povećava troškove alata tijekom proizvodnog ciklusa.

Nehrđajući čelik protiv ugljičnog čelika

Ove dvije obitelji čelika zadovoljavaju različite potrebe, a odabir između njih zahtijeva jasnoću u pogledu radnog okruženja i prioriteta performansi.

Ugljični čelici pružaju veću čvrstoću uz nižu cijenu i lakše se obrađuju, što ih čini praktičnim izborom za konstrukcijske i mehaničke komponente u nekorozivnim okruženjima. Nehrđajući čelici imaju višu cijenu, ali pružaju otpornost na koroziju koju ugljični čelici jednostavno ne mogu dostići u vlažnim, kemijskim ili primjenama u kontaktu s hranom. Izbor između njih rijetko se svodi samo na čvrstoću. [6].

Tipične primjene

Kombinacija čvrstoće, izdržljivosti i svestranosti kvalitete čelika podržava širok raspon zahtjevnih primjena.

• Industrijski strojevi. Osovine, zupčanici, kućišta i konstrukcijski okviri gdje trajna mehanička opterećenja zahtijevaju visoku granicu razvlačenja i otpornost na umor.
• Medicinski uređaji. Kirurški instrumenti i komponente implantata izrađeni su od nehrđajućeg čelika 316, koji pruža potrebnu čvrstoću i otpornost na koroziju potrebnu za cikluse sterilizacije.
• Automobilske komponente. Dijelovi pogonskog sklopa, nosači i strukturna ojačanja gdje omjer čvrstoće i cijene čelika čini ga ekonomičnim izborom za komponente s visokim opterećenjem.
• Oprema za preradu hrane. Transporteri, spremnici i obradne površine gdje je nehrđajući čelik 304 ili 316 otporan na vlagu, kemikalije za čišćenje i biološku kontaminaciju.

Titan: Visoke performanse za ekstremne uvjete

Titan zauzima jedinstvenu poziciju u CNC obradi. Nije zadani izbor za opće inženjerske primjene, niti se bira iz razloga troškova. Određuje se kada se istovremeno mora zadovoljiti kombinacija visoke čvrstoće, male težine, otpornosti na koroziju i toplinske stabilnosti, a kada nijedan drugi materijal ne može ispuniti tu kombinaciju unutar konstrukcijskih ograničenja. Ti se uvjeti često javljaju u zrakoplovstvu, medicini i obrambenom inženjerstvu, zbog čega je titan postao standardni materijal u tim industrijama unatoč višim troškovima i težini obrade. [7].

CNC obrada titana

Glavna svojstva titana

• Iznimno visok omjer čvrstoće i težine. Titan ima gustoću od približno 4.5 g/cm³, što ga svrstava između aluminija i čelika, ali njegova granica razvlačenja u uobičajenim legurama premašuje onu mnogih čelika. Ova kombinacija daje mu jedan od najviših omjera čvrstoće i težine od svih konstrukcijskih metala dostupnih za strojnu obradu.
• Izvrsna otpornost na koroziju. Titan formira stabilan, prianjajući oksidni sloj koji pruža izvanrednu otpornost na koroziju u morskoj vodi, oksidirajućim kiselinama i kloridnim okruženjima gdje čak i nehrđajući čelik može otkazati. Ovaj pasivni sloj se brzo obnavlja ako je oštećen, pružajući titanu pouzdanu dugoročnu zaštitu od korozije bez površinskih premaza. [8].
• Otpornost na toplinu. Titanijeve legure zadržavaju značajnu čvrstoću na povišenim temperaturama, a neke vrste održavaju strukturni integritet do 600 °C. Ova toplinska stabilnost ključna je u zrakoplovnim pogonima i industrijskim izmjenjivačima topline, gdje bi radne temperature u potpunosti degradirale aluminij.
• Biokompatibilnost. Titan je netoksičan, nealergen i dobro se integrira s ljudskim koštanim tkivom, svojstvo poznato kao oseointegracija. Zbog toga je dominantni materijal za trajne medicinske implantate, uključujući ortopedske uređaje i zubne implantate. [9].

Uobičajena CNC obradna klasa

Titan Grade 5 (Ti-6Al-4V) je daleko najčešće obrađena legura titana, koja čini više od polovice ukupne upotrebe titana u industrijama. Sadrži 6 posto aluminija i 4 posto vanadija, koji zajedno daju vlačnu čvrstoću od približno 950 MPa u žarenom stanju, a istovremeno zadržavaju otpornost na koroziju i biokompatibilnost karakterističnu za komercijalno čisti titan. To je standardna vrsta za zrakoplovne strukturne komponente, medicinske implantate i visokoučinkovite mehaničke dijelove.

Prednosti

• Jači od aluminija, a lakši od čelika. Ti-6Al-4V pruža vlačnu čvrstoću koja premašuje uobičajene vrste čelika s otprilike 60 posto gustoće čelika, što ga čini jedinstveno pozicioniranim za primjene gdje su istovremeno ograničene i težina i čvrstoća.
• Dobro se ponaša u teškim uvjetima. Otpornost titana na koroziju u agresivnim kemijskim i morskim okruženjima nadmašuje otpornost aluminija i većine vrsta nehrđajućeg čelika, smanjujući potrebe za održavanjem i produžujući vijek trajanja u zahtjevnim uvjetima.
• Dugotrajna trajnost. Titanske komponente pokazuju izvrsnu otpornost na zamor pri cikličkom opterećenju, što je posebno vrijedno u zrakoplovstvu i medicini gdje kvar komponente nosi ozbiljne posljedice.

Ograničenja

• Skupa sirovina. Titanijeva ruda je relativno obilna, ali proces ekstrakcije i rafiniranja, prvenstveno Kroll proces, energetski je intenzivan i skup. Cijene sirovina za titanijeve legure obično su pet do deset puta veće od ekvivalentnih aluminijskih legura, što ograničava njihovu upotrebu na primjene gdje performanse opravdavaju cijenu.
• Teško za strojnu obradu. Titan ima nisku toplinsku vodljivost, što uzrokuje koncentraciju topline na reznoj oštrici umjesto da se raspršuje u obratak ili strugotinu. Također ima tendenciju deformacijskog stvrdnjavanja i elastičnog vraćanja tijekom rezanja, što ubrzava trošenje alata i komplicira postizanje strogih tolerancija. Brzine rezanja moraju se održavati niskima, a nanošenje rashladne tekućine mora biti agresivno kako bi se upravljalo tim učincima.
• Sporije brzine proizvodnje. Ograničenja strojne obrade opisana gore znače da je za proizvodnju dijelova od titana potrebno znatno više vremena nego za ekvivalentne dijelove od aluminija ili čelika. To povećava trošak po dijelu izvan same premije sirovine i mora se uzeti u obzir pri planiranju proizvodnje.

Tipične primjene

Iznimna kombinacija svojstava titana opravdava njegovu cijenu u primjenama gdje zahtjevi za performansama nisu predmet pregovora.

• Zrakoplovne komponente. Strukturni dijelovi zrakoplova, nosači motora, lopatice kompresora i pričvršćivači gdje se omjer čvrstoće i težine te toplinska otpornost titana ne mogu zamijeniti.
• Medicinski implantati. Ortopedski implantati, uređaji za fiksaciju kralježnice i zubni implantati zahtijevaju biokompatibilnost i dugotrajnu otpornost na koroziju u tijelu, što su obvezni zahtjevi.
• Obrambena oprema. Oklopne ploče, komponente projektila i pomorska oprema zahtijevaju otpornost na koroziju u morskim okruženjima, a potreban je i visok omjer čvrstoće i težine.
• Visokoučinkoviti automobilski dijelovi. Klipnjače, ventili i ispušne komponente u motosportu i visokoučinkovitim vozilima, gdje smanjenje težine pri dugotrajno visokim temperaturama donosi mjerljivo povećanje performansi.

Usporedba materijala za CNC obrađene dijelove

Odabir pravog materijala postaje znatno jednostavniji kada su osnovna svojstva prikazana jedno pored drugog. Tablica u nastavku objedinjuje ključne performanse i praktične varijable za materijale obuhvaćene ovim vodičem. Namijenjena je kao brzi vodič za sužavanje izbora kandidata prije prelaska na detaljnu inženjersku analizu.

Gornja tablica odmah čini vidljivim nekoliko praktičnih obrazaca.

Najbolji materijal za lagane dizajne. Aluminij je jasan izbor kada je smanjenje mase komponente primarni cilj. I 6061 i 7075 pružaju korisnu strukturnu čvrstoću pri gustoći otprilike trećini gustoće čelika. Za primjene gdje zahtjevi za čvrstoćom premašuju ono što aluminij može pružiti, ali težina je i dalje važna, titan Grade 5 nudi uvjerljivu sredinu, iako uz znatno višu cijenu. [10].

Najbolja opcija za otpornost na koroziju. Titan i nehrđajući čelik 316 predvode ovu kategoriju. Pasivni oksidni sloj titana pouzdano funkcionira u okruženjima bogatim kloridima i kemijski agresivnim okruženjima gdje čak i nehrđajući čelik 316 može s vremenom doživjeti lokalnu koroziju. Međutim, za većinu industrijskih i pomorskih primjena, nehrđajući čelik 316 pruža dovoljnu zaštitu od korozije uz djelić cijene titana. [11].

Najekonomičniji materijal. Aluminij 6061 i meki čelik 1018 najisplativije su opcije, kako u pogledu cijene sirovine, tako i troškova obrade. Veće brzine obrade aluminija daju mu prednost u cijeni po komadu u mnogim scenarijima, čak i kada su cijene sirovina usporedive. Za proizvodnju velikih količina nehrđajućih konstrukcijskih dijelova, ova dva materijala čine većinu CNC obrađenih komponenti proizvedenih u svijetu. [9].

Najbolji materijal za okruženja s visokim opterećenjem. Alatni čelik D2 i titan Grade 5 prednjače u apsolutnoj čvrstoći i performansama u zahtjevnim mehaničkim i toplinskim uvjetima. D2 je preferirani izbor za primjenu u alatima kritičnim za habanje, dok je titan Grade 5 specificiran tamo gdje se visoka čvrstoća mora kombinirati s malom težinom i otpornošću na koroziju. Vrste kaljenog čelika pokrivaju većinu industrijskih primjena s visokim naprezanjem uz znatno nižu cijenu od titana. [12].

Zaključak

Odabir materijala u CNC obradi u konačnici je inženjerski kompromis. Aluminij pruža najbolju kombinaciju obradivosti, učinkovitosti težine i troškova za većinu općih primjena. Čelik pokriva cijeli spektar strukturnih i kritičnih potreba za habanjem u industrijskim, medicinskim i automobilskim okruženjima. Titan se ističe za primjene gdje čvrstoća, mala težina i otpornost na koroziju moraju koegzistirati u zahtjevnim uvjetima i gdje je premija cijene opravdana zahtjevima za performansama koje nijedan drugi materijal ne može ispuniti.

Ne postoji univerzalno najbolji materijal za CNC obradu, već samo pravi materijal za određeni skup zahtjeva. Odluka bi uvijek trebala započeti s radnim okruženjem i mehaničkim zahtjevima, a zatim se kretati unatrag kroz obradivost, zahtjeve završne obrade, obujam proizvodnje i proračun. Komponenta koja je previše specificirana uzrokuje rasipanje troškova; ona koja je nedovoljno specificirana ne funkcionira. Dosljedno postizanje te prave ravnoteže ono je što razlikuje dobru inženjersku praksu od nagađanja.

Reference

Ezugwu, E. i Wang, Z. (1997). Legure titana i njihova obradivost - pregled. Časopis za tehnologiju obrade materijala, 68(3), 262-274. https://doi.org/10.1016/s0924-0136(96)00030-1 

Gece, G. i Bilgiç, S. (2010). Teorijska studija nekih hidroksamskih kiselina kao inhibitora korozije ugljičnog čelika. Znanost o koroziji, 52(10), 3304-3308. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2010.06.005 

Gogolewski, P., Klimke, J., Krell, A. i Beer, P. (2008). Al2O3 alati za učinkovitu obradu materijala na bazi drva. Časopis za tehnologiju obrade materijala, 209(5), 2231-2236. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.06.016 

González-Hernández, A., Aperador, W., Flores, M., Onofre-Bustamante, E., Bermea, JE, Bautista-García, R., i Gamboa-Soto, F. (2022.). Utjecaj parametara taloženja na strukturna i elektrokemijska svojstva TI/TI2N filmova taloženih RF-magnetronskim raspršivanjem. Metali, 12(8), 1237. https://doi.org/10.3390/met12081237 

Jawahir, I., Brinksmeier, E., M'Saoubi, R., Aspinwall, D., Outeiro, J., Meyer, D., Umbrello, D. i Jayal, A. (2011). Integritet površine u procesima uklanjanja materijala: Nedavni napredak. CIRP Anali, 60(2), 603-626. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2011.05.002 

Krichen, A., Kacem, A. i Hbaieb, M. (2010). Učinak držanja praznog komada na proces prirubljivanja rupe u limovima aluminijske legure. Časopis za tehnologiju obrade materijala, 211(4), 619-626. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.11.018 

Pek, YS, Wan, AC i Ying, JY (2009). Utjecaj krutosti matrice na diferencijaciju mezenhimalnih matičnih stanica u 3D tiksotropnom gelu. biominerali, 31(3), 385-391. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.09.057 

Ren, Y., Li, Y., Shen, J., Wu, S., Liu, L. i Zhou, G. (2023). Otkrivanje otpornosti na koroziju nehrđajućeg čelika 316 l pomoću in situ uzgojenog nanooksidnog filma. nanomaterijala, 13(3), 578. https://doi.org/10.3390/nano13030578 

Song, C., Dong, B., Zhang, S., Yang, H., Liu, L., Kang, J., Meng, J., Luo, C., Wang, C., Cao, K., Qiao, J., Shu, S., Zhu, M., Qiu, F., & Jiang, Q. (2024). Nedavni napredak Al-Mg legura: Proces oblikovanja i pripreme, manipulacija mikrostrukturom i primjena. Časopis za istraživanje i tehnologiju materijala, 31, 3255-3286. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.07.051 

Standardne metode ispitivanja za ispitivanje vlačnom silom metalnih materijala. (nd). https://www.astm.org/e0008_e0008m-22.html 

Tan, Y. (2011). Razumijevanje učinaka nehomogenosti elektrode i elektrokemijske heterogenosti na nastanak rupičaste korozije na golim površinama elektroda. Znanost o koroziji, 53(5), 1845-1864. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.02.002 

Zhu, H. i Li, J. (2024). Napredak u zaštiti od korozije za zrakoplovne aluminijske legure površinskom obradom. Međunarodni časopis za elektrokemijsku znanost, 19(2), 100487. https://doi.org/10.1016/j.ijoes.2024.100487