La lega di titanio di grado 5, nota anche come Ti‑6Al‑4V, è ampiamente riconosciuta come un materiale difficile da lavorare rispetto ai tradizionali acciai al carbonio, acciai inossidabili e leghe di alluminio. Sebbene possa essere tagliato, fresato, forato e tornito con successo con strumenti e parametri adeguati, le sue proprietà fisiche e meccaniche uniche portano a un'efficienza di lavorazione relativamente bassa, un'elevata usura degli utensili e requisiti rigorosi per le condizioni di lavorazione. Di seguito è riportata un'analisi dettagliata della sua lavorabilità e delle principali sfide durante il taglio.
La principale difficoltà nella lavorazione del Ti‑6Al‑4V deriva dalla sua bassa conduttività termica.
Le leghe di titanio conducono molto male il calore. Durante la lavorazione, la maggior parte del calore generato non può essere dissipato rapidamente nel pezzo o nell'atmosfera, ma si concentra sul tagliente dell'utensile. Questa temperatura elevata localizzata ammorbidisce o danneggia rapidamente il materiale dell'utensile, causando grave usura, adesione o addirittura guasto dell'utensile. Di conseguenza, le velocità di taglio devono essere mantenute molto inferiori a quelle utilizzate per gli acciai, in genere tra 30 e 80 m/min per la tornitura e inferiori per foratura e fresatura.
Un'altra sfida è la sua elevata resistenza a temperature elevate. Ti‑6Al‑4V mantiene resistenza e durezza significative anche alle alte temperature generate durante il taglio.
Ciò significa che il materiale resiste alla deformazione e alla separazione durante tutto il processo di taglio, imponendo carichi meccanici pesanti sul bordo dell'utensile. La combinazione di alta temperatura e stress elevato accelera l’usura degli utensili, che è uno dei problemi più importanti nella produzione.
Ti‑6Al‑4V mostra anche una forte adesione e tendenza a formare bordo di riporto (BUE). Durante il taglio, gli atomi di titanio si diffondono facilmente e si legano ai materiali degli utensili, in particolare agli utensili in metallo duro.
Ciò fa sì che il materiale del pezzo si salda sul tagliente, formando un tagliente di riporto. Quando il BUE si rompe, porta via le particelle dell'utensile, provocando una rapida usura del fianco e una scarsa finitura superficiale. Questo problema è particolarmente evidente a basse velocità di taglio e raffreddamento insufficiente.
Inoltre, le leghe di titanio hanno un basso modulo elastico, il che significa che il materiale tende a ritornare indietro sotto la pressione di taglio.I componenti a parete sottile o le parti sottili sono soggetti a vibrazioni, deflessione ed errori dimensionali. Questo effetto di ritorno elastico aumenta anche l'attrito tra il pezzo e il fianco dell'utensile, peggiorando l'usura dell'utensile e la rugosità superficiale. Pertanto, sono essenziali macchine utensili rigide, fissaggi robusti e percorsi utensile adeguati.
Tuttavia, con strategie di lavorazione ottimizzate, il Ti‑6Al‑4V può essere lavorato con efficienza e qualità accettabili.
Le soluzioni chiave includono: utilizzo di utensili in metallo duro a grana fine ed elevata stabilità termica; applicare abbondante lubrificazione di raffreddamento ad alta pressione per ridurre la temperatura; adozione di velocità di taglio moderate, velocità di avanzamento elevate e profondità di taglio moderata; mantenere strumenti affilati; e migliorare la rigidità del sistema per ridurre al minimo le vibrazioni.
In sintesi, la lavorabilità della lega di titanio di grado 5 è da scarsa a moderata.Non è impossibile da lavorare, ma il processo è caratterizzato da bassa velocità di taglio, elevata usura dell'utensile, elevata concentrazione di calore e sensibilità alle vibrazioni. Con parametri corretti, attrezzature rigide, raffreddamento efficace e strumenti adeguati, è possibile ottenere una lavorazione stabile e precisa. A causa di queste difficoltà, la lavorazione del Ti‑6Al‑4V richiede solitamente esperienza di lavorazione specializzata e costi di produzione più elevati rispetto ai metalli comuni.
