Титанов прът с диаметър 10 mm може да издържи товар от 30 тона и също така служи като сърдечен стент в човешкото тяло в продължение на 20 години. „Всеобхватната“ ефективност на този материал е подкрепена от изключително строг производствен процес. От суровините до готовите продукти, всяко отклонение от 0,1% може да направи цялата партида продукти неизползваема. Следващите шест стъпки представляват линията „направи-или-счупи“ в производството на титаниеви пръти.
1. Избор на правилните суровини: "гените" на производителността
Ефективността на титаниевите пръти е заключена от етапа на суровината.
Космонавтика: Ti-6Al-4V (GR5) се използва широко, като балансира здравина и издръжливост на ниво от 900 MPa.
Медицински импланти: Съдържанието на примеси трябва да бъде строго контролирано. За всеки 1 ppm увеличение на примесите, рискът от отхвърляне се увеличава с 10%.
При приготвянето на съставките гъбестата титанова и алуминиево-ванадиева основна сплав трябва също да се претегли с точност до милиграм-ниво, за да се избегнат колебания в микроелементите, които биха могли да доведат до неконтролируема микроструктура на по-късен етап.
2. Топене: "Алхимизиране" във вакуум
Титанът ще "погълне" кислород и азот при температури над 1500 градуса и ще стане крехък моментално. Следователно, процесът на топене трябва да се извърши във вакуумно-дъгова пещ за претопяване (VAR) или пещ със студена пещ с електронен лъч (EBCHM).
• VAR: Чрез разтопяване на уплътнените електроди слой по слой като "3D печат", могат да се получат слитъци с чистота над 99,995%.
EBCHM: Чрез използване на сканиране с електронен лъч включвания с висока{0}}плътност като волфрам и молибден могат директно да се изпарят. Титаниеви пръти от-клас за авиационен ротор трябва да бъдат претопени два пъти.
След едно топене е необходимо да се вземат проби за спектрално сравнение. Ако разделянето на компонентите е по-голямо от 0,3%, цялата пещ ще бъде бракувана.
3. Термомеханична обработка: Коване на "дискуса" в сухожилия и кости
Титановият слитък първо се нагрява до точката на фазов преход (около 995 градуса), след което многократно се разклаща и изтегля в + дву-фазовата област.
Само когато съотношението на коване е по-голямо или равно на 3:1, вътрешните микро-пори могат да бъдат уплътнени.
Деформацията при всяко преминаване трябва да се контролира в рамките на 20% до 40%. Ако е твърде бързо, това ще доведе до разкъсване; ако е твърде бавно, зърната ще бъдат едри.
След това се валцува горещо в заготовки, с изискване за температурна грешка от ±5 градуса. В противен случай разликата в производителността между предната и задната част на една и съща лента може да достигне 15%.
4. Топлинна обработка: „Фината-настройка“ на микроструктурата
Хомогенизиращо отгряване: 850 градуса /2 часа за елиминиране на сегрегацията на състава;
Обработка на разтвора и стареене: 940 градуса закаляване с вода + 540 градуса стареене за 4 часа, което позволява съотношението + фаза да достигне 80:20 и силата може да бъде допълнително увеличена с 12%.
5. Повърхностна обработка: Брониране на титаниевите пръти
• Декапиране: Смесеният разтвор на HF и HNO₃ премахва оксидния котлен камък, разкривайки сребристо-бялата основа.
Дробно пробиване: 0,3 mm стоманени струйки удрят повърхността при 60 m/s, въвеждайки напрежение на натиск при ниво от 200 MPa и увеличавайки живота на умора с 50%.
Електролитно полиране: Медицинските титаниеви пръти се подлагат на електролитно полиране, за да се постигне повърхностна грапавост от Ra по-малка или равна на 0,1 μm, намалявайки бактериалната адхезия с 80%.
Анодно оксидиране: Образува се 2 μm оксиден филм, който не само е устойчив на-корозия, но също така може да бъде оцветен.
6. Откриване: Екранните рискове намаляват до „нула“
• Химичен състав: Всяка пръчка се проверява със спектрометър. Ако елементарното отклонение надвишава 0,01%, той се бракува.
Механични свойства: Произволно вземане на проби за изпитване на опън, ако удължението при скъсване е по-малко от 10%, цялата партида ще бъде върната.
Не{0}}разрушителен тест:
- Ултразвуково изследване (UT): Открити включвания и дефекти в титаниеви пръти, по-големи от Ф0,8 mm.
- Вихрови токове ET: Откриване на повърхностни пукнатини с дълбочина 0,05 mm;
Микроструктура: Изследвайте размера и разпределението на зърната под металографски микроскоп.
Заключение
Производството на титаниеви пръти е битка срещу „дефекти на микрон-ниво“. От контрол на примесите на ниво ppm до грапавост на повърхността от 1 μm, всяка стъпка предизвиква физическите ограничения. В бъдеще 3D отпечатването и оформянето на почти -net-форма може да съкратят процеса, но стремежът към „максимална производителност“ никога няма да бъде компрометиран.
