Свойства и применение сплавов CoCrMo

Сплавы CoCrMo известны своей исключительной коррозионной стойкостью, стойкостью к износу и прочностью при высоких температурах, что делает их незаменимыми в аэрокосмической, ядерной и медицинской отраслях. Эти сплавы особенно важны в медицинских приложениях, таких как имплантаты для суставов. Хром в CoCrMo образует защитный оксидный слой на поверхности сплава, повышая коррозионную стойкость. Тем временем молибден улучшает зернистую структуру, повышая механические свойства сплава. Согласно стандартам ASTM (Американского общества по испытанию и материалам), эти сплавы рекомендуются для хирургических имплантатов.

Высокая твердость и прочность этих сплавов способствуют их ценности в промышленных приложениях, но также увеличивают сложность обработки. Низкая теплопроводность усложняет рассеивание тепла во время обработки, что ускоряет износ инструмента.

Проблемы обрабатываемости сплавов CoCrMo

Обрабатываемость включает в себя такие факторы, как легкость обработки, достижимая поверхность и срок службы инструмента. Сплавы CoCrMo классифицируются как труднообрабатываемые материалы из-за их высокой твердости и прочности. Исследования показывают, что их обрабатываемость схожа с другими сложными материалами, такими как никелевые и титановыми сплавами. Эти материалы создают высокие силы резания и температуры во время обработки, что приводит к быстрому износу инструмента.

Износ инструмента в первую очередь вызван высокой температурой и давлением во время обработки, что приводит к пластической деформации и износу поверхности инструмента. Общие подходы к обработке включают снижение скорости резания, использование острых инструментов и применение подходящих стратегий охлаждения для решения этих проблем.

Технологии и стратегии обработки

Оптимизация традиционных методов обработки, таких как токарная и фрезерная обработка, для кобальтовых сплавов дала многообещающие результаты. Например, снижение скорости резания и подачи, в сочетании с острыми режущими инструментами, эффективно минимизирует образование тепла во время обработки. Другой подход заключается в использовании инструментов с положительным углом резания для снижения упрочнения материала и улучшения качества поверхности.

В дополнение к традиционной механической обработке, нетрадиционные методы, такие как электроэрозионная обработка (EDM) и лазерная обработка (LBM), широко используются для сплавов на основе кобальта. Эти методы уменьшают механический износ инструментов за счет бесконтактной термической обработки, что делает их подходящими для точной обработки труднообрабатываемых материалов. Однако необходимо провести дополнительные исследования для оптимизации эффективности этих технологий.

Выбор материалов для режущих инструментов

Материалы режущих инструментов играют решающую роль в стабильности обработки. Из-за высокой твердости и низкой теплопроводности кобальтовых и сплавов CoCrMo износ инструмента остается значительной проблемой. Ранние исследования показывают, что покрытые инструменты демонстрируют превосходную стойкость к износу при обработке этих сплавов. Инструменты с покрытием физического парового осаждения (PVD) добавляют дополнительную твердость, эффективно продлевая срок службы инструмента и уменьшая износ во время обработки. Эти покрытые инструменты особенно хороши при высокоскоростной резке.

Роль охлаждающих жидкостей в обработке

Использование охлаждающих жидкостей имеет решающее значение при обработке сплавов на основе кобальта и CoCrMo для контроля температуры обработки и снижения износа инструмента. Охлаждающие жидкости снижают трение, минимизируя тепловое накопление на поверхности инструмента и заготовки, тем самым продлевая срок службы инструмента. В последнее время технологии сухой обработки стали альтернативой для сокращения использования охлаждающей жидкости. Хотя сухая обработка снижает воздействие на окружающую среду, она представляет собой технические проблемы при обработке труднообрабатываемых материалов, таких как сплавы CoCrMo, особенно с проблемами износа инструмента при высоких температурах.

Направления будущих исследований

С учетом продолжающихся технологических достижений, исследования по обработке сплавов на основе кобальта и CoCrMo остаются динамичной областью. Будущие исследования будут сосредоточены на разработке новых материалов для режущих инструментов, оптимизации параметров обработки и совершенствовании нетрадиционных методов обработки. Кроме того, дальнейшая оптимизация стратегий охлаждения будет иметь решающее значение для повышения эффективности обработки и снижения воздействия на окружающую среду.

Кобальтовые и сплавы CoCrMo широко применяются в современных промышленных и медицинских областях, однако их уникальные механические свойства затрудняют обработку. Благодаря постоянному развитию технологий обработки, тщательному выбору материалов для инструментов и улучшенным стратегиям охлаждения, возможно повысить эффективность обработки этих сплавов. Будущие исследования продолжат изучать способы улучшения обрабатываемости и искать более экологически чистые решения для обработки.