Untersuchung des Einflusses von Sauerstoff auf das Verschleißverhalten beim Fräsen von Titan

Titan und Titanlegierungen sind aufgrund ihrer Werkstoffeigenschaften attraktive Werkstoffe für viele Hochleistungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik. Ein zentrales Verfahren moderner Prozessketten zur Herstellung und finalen Formgebung von Produkten aus Titan stellt die spanende Bearbeitung dar. Bei der Zerspanung von Titanwerkstoffen treten aufgrund ihrer niedrigen thermischen Leitfähigkeit sehr hohe Temperaturen auf. Etablierte Zerspanprozesse finden trocken oder unter Verwendung von Kühlschmierstoffen statt. In beiden Fällen interagieren Werkstück, Span und Werkzeug mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft während des Zerspanprozesses. Insbesondere unter den hohen Zerspantemperaturen führt die Anwesenheit des Sauerstoffs zu Oxidationsprozessen an Werkstück, Span und Werkzeug. Hierdurch kommt es zu chemischen Verschleißmechanismen, die die Leistungsfähigkeit des Prozesses beeinflussen. Zur Quantifizierung des Einflusses des Sauerstoffs auf das Leistungsvermögen der Zerspanwerkzeuge beim Fräsen von Ti-6Al-4V werden Untersuchungen unter Luft und unter sauerstofffreien Bedingungen durchgeführt. Durch die Substitution der Luft mit dem Gasgemisch aus Argon und Silan ist eine praktisch sauerstofffreie Atmosphäre realisierbar. Die Verwendung einer sauerstofffreien Atmosphäre während des Fräsens von Ti-6Al-4V bewirkt eine Reduzierung der mit Sauerstoff assoziierten chemischen Reaktionen, was die Wechselwirkung einzelner Verschleißmechanismen signifikant verändert. Es resultiert eine geringe Oxidation am Werkzeug, jedoch kommt es zu einer Erhöhung von Adhäsionen am Werkzeug beim Fräsen in sauerstofffreier Atmosphäre.