1,Πρωτογενής επεξεργασία: από το μετάλλευμα έως το επεξεργάσιμο billet
Αυτός είναι ο πιο ακριβός κρίκος σε ολόκληρη την αλυσίδα της βιομηχανίας τιτανίου.
Παραγωγή σπογγώδους τιτανίου (κυρίως μέθοδος Kroll):
Μετατρέψτε το μετάλλευμα τιτανίου (ρουτίλιο ή ιλμενίτη) σε σπογγώδες τιτάνιο (πορώδες καθαρό τιτάνιο).
Διαδικασία: Μετάλλευμα τιτανίου → Χλωρίωση σε τετραχλωριούχο τιτάνιο (TiCl ₄) → Θερμική αναγωγή μαγνησίου (μέθοδος Kroll) → Απόσταξη υπό κενό → Σφουγγάρι τιτάνιο.
Χαρακτηριστικά: Η πολύπλοκη διαδικασία, η τεράστια κατανάλωση ενέργειας και η διακοπτόμενη παραγωγή είναι ένας από τους θεμελιώδεις λόγους για την υψηλή τιμή των κραμάτων τιτανίου. Οι αναδυόμενες μέθοδοι ηλεκτρόλυσης, όπως η διαδικασία FFC Cambridge, στοχεύουν στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και του κόστους, αλλά δεν έχουν ακόμη εμπορευματοποιηθεί σε μεγάλη κλίμακα.
2). Τήξη:
Λιώστε σφουγγάρι τιτάνιο, στοιχεία κράματος και επαναφέρετε το υλικό σε ομοιόμορφα ράβδους υπό κενό ή αδρανές αέριο (αργό) προστασία.
Κύριες τεχνολογίες:
Τήξη τόξου αναλώσιμων υπό κενό (VAR): η πιο mainstream μέθοδος. Το ηλεκτρόδιο τήκεται με τόξο σε θάλαμο κενού και ρίχνεται σε ένα χωνευτήριο από χαλκό που έχει ψυχθεί με νερό{{1} για να στερεοποιηθεί. Για να εξασφαλιστεί η καθαρότητα και η ομοιομορφία, συνήθως εκτελούνται δύο ή τρεις διαδικασίες τήξης.
Τήξη φούρνου ψυχρής κλίνης (CHM): συμπεριλαμβανομένου του φούρνου ψυχρής κλίνης με δέσμη ηλεκτρονίων (EBCHM) και του φούρνου ψυχρής κλίνης τόξου πλάσματος (PACHM). Μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά ακαθαρσίες υψηλής/χαμηλής{1}}πυκνότητας και χρησιμοποιείται συνήθως στην παρασκευή πλινθωμάτων τιτανίου υψηλής ποιότητας αεροπορίας και μπιγιετών τιτανίου.
2,Κατασκευή μορφοποίησης: διαμόρφωση του τεμαχίου στο επιθυμητό σχήμα
Αυτός είναι ο βασικός σύνδεσμος που αντικατοπτρίζει τη δυσκολία επεξεργασίας του κράματος τιτανίου.
Α. Πλαστική Μορφοποίηση
Συμβατική σφυρηλάτηση:Μετά τη θέρμανση σε φούρνο αέρα, σχηματίζεται χρησιμοποιώντας σφυρί σφυρηλάτησης ή πρέσα. Εύκολο στη δημιουργία επιφανειακής στρώσης οξειδίου (στρώμα ευθραυστότητας άλφα), το οποίο πρέπει να αφαιρεθεί αργότερα.
Ισοθερμική/θερμή σφυρηλάτηση μήτρας:μια βασική τεχνολογία για σφυρηλάτηση ακριβείας κραμάτων τιτανίου. Ζεσταίνουμε το καλούπι σε θερμοκρασία παρόμοια με το billet (συνήθως 800-1000 βαθμούς C) και το σχηματίζουμε υπό αργή πίεση. Αυτό μειώνει σημαντικά την αντίσταση στην παραμόρφωση, την πτώση θερμοκρασίας και την επιφανειακή αντίδραση, επιτρέποντας την παραγωγή σφυρηλατήσεων σχεδόν καθαρού σχήματος με πολύπλοκα σχήματα, υψηλή ακρίβεια και λογική κατανομή. Ωστόσο, το κόστος και η κατανάλωση ενέργειας των καλουπιών (συνήθως κατασκευασμένων από υπερκράματα με βάση το νικέλιο ή κράματα με βάση το μολυβδαίνιο) είναι εξαιρετικά υψηλά.
Κυλιομένος:Παραγωγή πλακών, λωρίδων, ράβδων και σωλήνων. Η θερμή έλαση πραγματοποιείται σε προστατευτική ατμόσφαιρα ή επίστρωση για την πρόληψη της οξείδωσης. Η ψυχρή έλαση απαιτεί ενδιάμεση ανόπτηση για την εξάλειψη της σκλήρυνσης.
Πίεση:Χρησιμοποιείται για την παραγωγή προφίλ και σωλήνων. Μετά τη θέρμανση της μπιγιέτας, εξωθείται μέσω καλουπιού υπό υψηλή πίεση. Απαιτούνται λιπαντικά γυαλιού και προστατευτικές επιστρώσεις για την αποφυγή της κόλλησης και της οξείδωσης της μούχλας.
Υπερπλαστικός σχηματισμός (SPF):Χρησιμοποιώντας την υπερπλαστικότητα (εξαιρετικά υψηλή επιμήκυνση) του κράματος τιτανίου σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία/ρυθμό και συνδυάζοντάς το με την πίεση του αέρα για να ταιριάζει στο καλούπι όπως το φυσητό γυαλί, μπορούν να σχηματιστούν σύνθετα στοιχεία με λεπτά{0}}τοιχώματα με μία κίνηση. Συχνά συνδυάζεται με συγκόλληση διάχυσης (DB) για να σχηματίσει τεχνολογία SPF/DB, που χρησιμοποιείται για την κατασκευή κοίλων δομών πολλαπλών-στρώσεων για αεροδιαστημικές εφαρμογές.
Β. Χύτευση
Χύτευση ακριβείας υπό κενό: πραγματοποιείται κυρίως σε κλιβάνους συμπύκνωσης τόξου αναλώσιμου κενού. Το ηλεκτρόδιο τήκεται σε ένα τόξο υπό κενό και ρέει στο κεραμικό κέλυφος του καλουπιού. Λόγω της αντίδρασης μεταξύ του τιτανίου και σχεδόν όλων των υλικών χύτευσης, πρέπει να χρησιμοποιηθούν ειδικά πυρίμαχα υλικά (όπως το επιφανειακό στρώμα οξειδίου του υττρίου).
Εφαρμογή: Κατάλληλο για την παραγωγή στατικών δομικών εξαρτημάτων με εξαιρετικά πολύπλοκα σχήματα που δεν απαιτούν εκτεταμένη μηχανική κατεργασία, όπως περιβλήματα κινητήρα, σώματα αντλιών και κεφαλές για μπίλιες του γκολφ υψηλών-τερμάτων.
Γ. Κατασκευή πρόσθετων (3D Printing) - Επαναστατική τεχνολογία
Η απευθείας χρήση σκόνης από κράμα τιτανίου ή υλικού σύρματος στρώμα προς στρώμα για την κατασκευή στερεών εξαρτημάτων είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για πολύπλοκες δομές, ελαφρύ σχεδιασμό και προσαρμογή μικρών παρτίδων.
Κύριες τεχνολογίες:
Laser Selective Melting (SLM)/Laser Powder Bed Melting (LPBF): Σε θάλαμο αδρανούς ατμόσφαιρας, η σκόνη κράματος τιτανίου στο στρώμα σκόνης τήκεται σημείο προς σημείο χρησιμοποιώντας λεπτό λέιζερ. Υψηλή ακρίβεια και καλή ποιότητα επιφάνειας.
Τήξη δέσμης ηλεκτρονίων (EBM): Τήξη σκόνης με δέσμη ηλεκτρονίων σε περιβάλλον κενού. Η ταχύτητα διαμόρφωσης είναι γρήγορη, η θερμική καταπόνηση είναι χαμηλή και η απόδοση των εξαρτημάτων είναι κοντά σε αυτή των σφυρηλατήσεων, αλλά η επιφάνεια είναι σχετικά τραχιά.
Πλεονεκτήματα: Το ποσοστό χρήσης υλικού είναι εξαιρετικά υψηλό (σχεδόν 100%), επιτυγχάνοντας δομές βελτιστοποίησης τοπολογίας όπως εξαιρετικά πολύπλοκο πλέγμα, κηρήθρα και ενσωματωμένα κοίλα κανάλια ψύξης. Είναι αναντικατάστατο στους τομείς της αεροδιαστημικής (ελαφριά ικριώματα, λεπίδες με κανάλια ψύξης) και της ιατρικής (προσαρμοσμένα εμφυτεύματα πορωδών οστών).
3,Επακόλουθη επεξεργασία και χειρισμός
1) Μηχανική:
Το κράμα τιτανίου είναι ένα τυπικό υλικό που δύσκολα κατεργάζεται λόγω της κακής του θερμικής αγωγιμότητας (συσσωρεύεται θερμότητα στο εργαλείο), της υψηλής χημικής συγγένειας (εύκολη αντίδραση με το υλικό του εργαλείου) και του χαμηλού συντελεστή ελαστικότητας (εύκολη πρόκληση εργαλείου και κραδασμούς).
Αντίμετρο: Χρησιμοποιήστε εργαλειομηχανές υψηλής ακαμψίας, ειδικά επικαλυμμένα εργαλεία κοπής από σκληρό κράμα ή PCD, χαμηλή ταχύτητα κοπής, μεγάλο ρυθμό τροφοδοσίας, υψηλή-πίεση και υψηλή ροή κοπτικού υγρού για επαρκή ψύξη.
Κατεργασία με θερμοκρασία:
Ανόπτηση: εξαλείφει την εσωτερική πίεση, σταθεροποιεί τη δομή και βελτιώνει την πλαστικότητα. Είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη θερμική επεξεργασία.
Επεξεργασία διαλύματος+γήρανση: χρησιμοποιείται για + δύο-κράματα τιτανίου (όπως Ti-6Al-4V), για την ενίσχυση της διασποράς και τη βελτίωση της αντοχής μέσω σβέσης και γήρανσης σε χαμηλή θερμοκρασία.
Επεξεργασία Επιφανειών
Καθαρισμός: Αμμοβολή και πλύση με οξύ (συνήθως με χρήση HF-HNO ∝ μικτού οξέος) για την αφαίρεση αλάτων οξειδίου και στρώματος ρύπανσης.
Ενίσχυση/λειτουργικότητα: Η οξείδωση μικροτόξου (ΜΑΟ) δημιουργεί κεραμικές επικαλύψεις για τη βελτίωση της αντοχής στη φθορά και τη διάβρωση. Η νιτρίωση/νιτρίωση βελτιώνει τη σκληρότητα της επιφάνειας. Ανοδίωση χρωματισμού και βελτίωση της αντοχής στη διάβρωση. Ο θερμικός ψεκασμός (όπως ο ψεκασμός WC Co) βελτιώνει την αντοχή στη φθορά.
Τεχνολογία σύνδεσης:
Συγκόλληση: Πρέπει να πραγματοποιείται υπό-αέριο αργού υψηλής καθαρότητας ή προστασία υπό κενό. Οι συνήθεις μέθοδοι περιλαμβάνουν τη συγκόλληση με αδρανές αέριο βολφραμίου (GTAW/TIG), τη συγκόλληση με δέσμη ηλεκτρονίων (EBW) και τη συγκόλληση με λέιζερ (LBW). Απαιτείται αυστηρός καθαρισμός πριν από τη συγκόλληση.
Σύνδεση διάχυσης (DB): Σύνδεση ατόμων επιφάνειας επαφής μέσω αμοιβαίας διάχυσης υπό υψηλή θερμοκρασία και πίεση, που χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαρτημάτων SPF/DB.
