1,Primarna obrada: od rude do preradljive gredice
Ovo je najskuplja karika u cijelom lancu industrije titana.
Proizvodnja spužvastog titana (uglavnom Kroll metoda):
Pretvorite titanovu rudu (rutil ili ilmenit) u spužvasti titan (porozni čisti titan).
Proces: Titanova ruda → Kloriranje u titan tetraklorid (TiCl ₄) → Toplinska redukcija magnezija (Krollova metoda) → Vakuumska destilacija → Spužvasti titan.
Karakteristike: Složen proces, velika potrošnja energije i povremena proizvodnja jedan su od temeljnih razloga visoke cijene titanovih legura. Nove metode elektrolize, kao što je FFC Cambridge proces, imaju za cilj smanjiti potrošnju energije i troškove, ali još nisu komercijalizirane u velikoj mjeri.
2). Topljenje:
Rastopite spužvasti titan, elemente legure i povratni materijal u jednolično sastavljene ingote pod vakuumom ili zaštitom od inertnog plina (argona).
Glavne tehnologije:
Vakuumsko lučno taljenje potrošnog materijala (VAR): najčešća metoda. Elektroda se topi pomoću luka u vakuumskoj komori i spušta u vodom-bakreni lončić da se skrutne. Kako bi se osigurala čistoća i ujednačenost, obično se provode dva ili tri procesa taljenja.
Taljenje u peći s hladnim slojem (CHM): uključujući peć s hladnim slojem s elektronskim snopom (EBCHM) i peć s hladnim slojem s plazma lukom (PACHM). Može učinkovito ukloniti nečistoće visoke/niske-gustoće i obično se koristi u pripremi visokokvalitetnih-titanovih ingota i trupaca od titana.
2,Izrada oblikovanja: oblikovanje obrasca u željeni oblik
Ovo je ključna poveznica koja odražava poteškoće obrade legure titana.
A. Plastično oblikovanje
Konvencionalno kovanje:Nakon zagrijavanja u zračnoj peći, oblikuje se pomoću kovačkog čekića ili preše. Lako se stvara površinski oksidni sloj (alfa krti sloj), koji se kasnije mora ukloniti.
Izotermno/vruće kovanje:ključna tehnologija za precizno kovanje legura titana. Zagrijte kalup na temperaturu sličnu onoj trupca (obično 800-1000 stupnjeva C) i oblikujte ga pod polaganim pritiskom. Ovo uvelike smanjuje otpornost na deformaciju, pad temperature i površinsku reakciju, omogućujući proizvodnju otkivaka gotovo neto oblika sa složenim oblicima, visokom preciznošću i razumnom raspodjelom toka. Međutim, trošak i potrošnja energije kalupa (obično izrađenih od superlegura na bazi nikla ili legura na bazi molibdena) iznimno su visoki.
Kotrljanje:Proizvodnja limova, traka, šipki i cijevi. Vruće valjanje provodi se u zaštitnoj atmosferi ili premazu kako bi se spriječila oksidacija; Hladno valjanje zahtijeva srednje žarenje kako bi se uklonilo otvrdnjavanje.
Cijeđenje:Koristi se za izradu profila i cijevi. Nakon zagrijavanja trupac se ekstrudira kroz kalup pod visokim pritiskom. Potrebna su maziva za staklo i zaštitni premazi kako bi se spriječilo lijepljenje kalupa i oksidacija.
Superplastično oblikovanje (SPF):Korištenjem superplastičnosti (ekstremno velikog istezanja) legure titana pri određenoj temperaturi/brzini i kombiniranjem s tlakom zraka da pristane na kalup poput stakla za puhanje, složene komponente tankih-stjenki mogu se oblikovati u jednom potezu. Često se kombinira s difuzijskim lijepljenjem (DB) za stvaranje SPF/DB tehnologije, koja se koristi za proizvodnju više-slojnih šupljih struktura za primjenu u zrakoplovstvu.
B. Lijevanje
Vakuumsko precizno lijevanje: uglavnom se izvodi u vakuumskim potrošnim elektrolučnim kondenzacijskim pećima. Elektroda se topi u luku pod vakuumom i teče u keramičku ljusku kalupa. Zbog reakcije između titana i gotovo svih materijala za kalupljenje, moraju se koristiti posebni vatrostalni materijali (kao što je površinski sloj itrijevog oksida).
Primjena: Prikladno za proizvodnju statičnih strukturnih komponenti s iznimno složenim oblicima koji ne zahtijevaju opsežnu strojnu obradu, kao što su kućišta motora, tijela pumpi i vrhunske-glave golf loptica.
C. Dodatna proizvodnja (3D ispis) - Revolucionarna tehnologija
Izravno korištenje sloja po sloju praha legure titana ili materijala od žice za proizvodnju čvrstih dijelova posebno je prikladno za složene strukture, lagani dizajn i prilagodbu malih serija.
Glavne tehnologije:
Lasersko selektivno taljenje (SLM)/lasersko taljenje sloja praha (LPBF): U komori s inertnom atmosferom, prah legure titana na sloju praha se topi točku po točku pomoću finog lasera. Visoka preciznost i dobra kvaliteta površine.
Taljenje snopom elektrona (EBM): Taljenje praha snopom elektrona u vakuumskom okruženju. Brzina oblikovanja je velika, toplinsko naprezanje je malo, a performanse dijelova bliske su onima kod otkovaka, ali je površina relativno hrapava.
Prednosti: Stopa iskorištenja materijala je izuzetno visoka (gotovo 100%), postižući strukture optimizacije topologije kao što su izuzetno složene rešetke, saće i integrirani šuplji rashladni kanali. Nezamjenjiv je u području zrakoplovstva (lagane skele, lopatice s kanalima za hlađenje) i medicine (prilagođeni porozni koštani implantati).
3,Naknadna obrada i rukovanje
1) Strojna obrada:
Legura titana tipičan je materijal koji se teško obrađuje zbog svoje slabe toplinske vodljivosti (toplina se nakuplja na alatu), visokog kemijskog afiniteta (lako reagira s materijalom alata) i niskog modula elastičnosti (lako uzrokuje alat i vibracije).
Protumjera: Koristite alatne strojeve visoke krutosti, alate za rezanje s posebnom presvlakom od tvrde legure ili PCD-a, malu brzinu rezanja, veliku brzinu napredovanja, visok-tlak i visok protok tekućine za rezanje za dovoljno hlađenje.
Toplinska obrada:
Žarenje: uklanja unutarnji stres, stabilizira strukturu i poboljšava plastičnost. To je najčešće korištena toplinska obrada.
Tretman otopinom + starenje: koristi se za + dvo-fazne legure titana (kao što je Ti-6Al-4V), kako bi se dobilo ojačanje disperzije i poboljšala čvrstoća kaljenjem i starenjem na niskim temperaturama.
Površinska obrada
Čišćenje: pjeskarenje i pranje kiselinom (obično korištenjem HF-HNO ∝ miješane kiseline) za uklanjanje kamenca oksida i sloja onečišćenja.
Ojačanje/funkcionalizacija: Mikrolučna oksidacija (MAO) stvara keramičke premaze za poboljšanje otpornosti na habanje i koroziju; Nitriranje/nitriranje poboljšava površinsku tvrdoću; Anodizirajuće bojanje i poboljšanje otpornosti na koroziju; Toplinsko raspršivanje (kao što je prskanje WC Co) poboljšava otpornost na habanje.
Tehnologija spajanja:
Zavarivanje: potrebno ga je izvesti pod plinom argonom visoke-čistoće ili vakuumskom zaštitom. Uobičajene metode uključuju zavarivanje volframom inertnim plinom (GTAW/TIG), zavarivanje elektronskim snopom (EBW) i lasersko zavarivanje (LBW). Prije zavarivanja potrebno je strogo čišćenje.
Difuzijsko spajanje (DB): Povezivanje atoma kontaktne površine međusobnom difuzijom pod visokom temperaturom i tlakom, koristi se za proizvodnju SPF/DB komponenti.
