1,Primarna prerada: od rude do obradive gredice
Ovo je najskuplja karika u cijelom lancu industrije titana.
Proizvodnja spužvastog titana (uglavnom Kroll metoda):
Pretvorite rudu titana (rutil ili ilmenit) u sunđer titan (porozni čisti titanijum).
Proces: Titanijumska ruda → Hloriranje u titanijum tetrahlorid (TiCl ₄) → Termalna redukcija magnezijuma (Kroll metoda) → Vakuumska destilacija → Sunđer titanijum.
Karakteristike: Složen proces, ogromna potrošnja energije i povremena proizvodnja su jedan od osnovnih razloga visoke cijene titanijumskih legura. Nove metode elektrolize, kao što je FFC Cambridge proces, imaju za cilj smanjenje potrošnje energije i troškova, ali još uvijek nisu komercijalizirane u velikim razmjerima.
2). topljenje:
Rastopite spužvasti titan, elemente legure i povratni materijal u ujednačeno sastavljene ingote pod vakuumom ili zaštitom inertnog plina (argona).
Glavne tehnologije:
Vakuumsko topljenje potrošnog luka (VAR): najčešći metod. Elektroda se topi lukom u vakuumskoj komori i spušta u vodu-ohlađeni bakarni lončić da se skrući. Da bi se osigurala čistoća i ujednačenost, obično se izvode dva ili tri procesa topljenja.
Topljenje u peći s hladnim slojem (CHM): uključujući peć s hladnim slojem elektronskog snopa (EBCHM) i peć s hladnim slojem plazma luka (PACHM). Može efikasno ukloniti nečistoće visoke/niske-gustine i obično se koristi u pripremi ingota titanijuma vrhunskog-avijačkog kvaliteta i titanijumskih gredica.
2,Proizvodnja oblikovanja: oblikovanje blanka u željeni oblik
Ovo je ključna karika koja odražava poteškoće obrade legure titanijuma.
A. Plastično oblikovanje
Konvencionalno kovanje:Nakon zagrijavanja u zračnoj peći, formira se pomoću kovačkog čekića ili prese. Lako se stvara površinski oksidni sloj (alfa sloj krtosti), koji treba kasnije ukloniti.
Izotermno/vruće kovanje:ključna tehnologija za precizno kovanje titanijumskih legura. Zagrijte kalup na temperaturu sličnu kotu (obično 800-1000 stepeni C) i formirajte je pod sporim pritiskom. Ovo uvelike smanjuje otpornost na deformaciju, pad temperature i površinsku reakciju, omogućavajući proizvodnju otkovaka gotovo neto oblika sa složenim oblicima, visokom preciznošću i razumnom distribucijom strujne linije. Međutim, cijena i potrošnja energije kalupa (obično izrađenih od superlegura na bazi nikla ili legura na bazi molibdena) su izuzetno visoki.
kotrljanje:Proizvodnja ploča, traka, šipki i cijevi. Vruće valjanje se izvodi u zaštitnoj atmosferi ili premazu kako bi se spriječila oksidacija; Hladno valjanje zahtijeva srednje žarenje kako bi se eliminiralo radno očvršćavanje.
cijeđenje:Koristi se za proizvodnju profila i cijevi. Nakon zagrijavanja gredica se ekstrudira kroz kalup pod visokim pritiskom. Za spriječavanje lijepljenja i oksidacije plijesni potrebna su maziva za staklo i zaštitni premazi.
Superplastično oblikovanje (SPF):Koristeći superplastičnost (ekstremno veliko istezanje) legure titanijuma na određenoj temperaturi/brzini i kombinovanjem sa vazdušnim pritiskom kako bi se uklopio u kalup poput stakla za puhanje, mogu se formirati složene komponente tankih{0}}komponenti u jednom potezu. Često se kombinuje sa difuzionim vezivanjem (DB) kako bi se formirala SPF/DB tehnologija, koja se koristi za proizvodnju više-slojnih šupljih struktura za vazdušne aplikacije.
B. Casting
Precizno lijevanje u vakuumu: uglavnom se izvodi u vakuumskim kondenzacijskim pećima. Elektroda se topi u luku pod vakuumom i teče u keramičku školjku kalupa. Zbog reakcije između titana i gotovo svih materijala za oblikovanje, moraju se koristiti posebni vatrostalni materijali (kao što je površinski sloj itrijum oksida).
Primjena: Pogodno za proizvodnju statičkih strukturnih komponenti sa izuzetno složenim oblicima koji ne zahtijevaju opsežnu mašinsku obradu, kao što su kućišta motora, tijela pumpe i vrhunske-glave loptice za golf.
C. Aditivna proizvodnja (3D štampa) - Revolucionarna tehnologija
Direktna upotreba praha legure titana ili žičanog materijala sloj po sloj za proizvodnju čvrstih dijelova posebno je pogodna za složene strukture, lagani dizajn i prilagođavanje malih serija.
Glavne tehnologije:
Lasersko selektivno topljenje (SLM)/Lasersko topljenje u sloju praha (LPBF): U komori inertne atmosfere, prah legure titanijuma na sloju praha se topi tačku po tačku pomoću finog lasera. Visoka preciznost i dobar kvalitet površine.
Topljenje elektronskim snopom (EBM): topljenje praha elektronskim snopom u vakuumskom okruženju. Brzina oblikovanja je velika, toplinsko naprezanje je nisko, a performanse dijelova su bliske onima u otkovcima, ali je površina relativno hrapava.
Prednosti: Stopa iskorištenja materijala je izuzetno visoka (skoro 100%), čime se postižu strukture optimizacije topologije kao što su izuzetno složene rešetke, saće i integrirani šuplji kanali za hlađenje. Nezamjenjiv je u oblastima aeronautike (lake skele, oštrice sa kanalima za hlađenje) i medicine (prilagođene porozne koštane implantate).
3,Naknadna obrada i rukovanje
1) Mašinska obrada:
Titanijumska legura je tipičan materijal koji se teško obrađuje zbog svoje loše toplotne provodljivosti (toplota se akumulira na alatu), visokog hemijskog afiniteta (lako reaguje sa materijalom alata) i niskog modula elastičnosti (lako izaziva alat i vibracije).
Protivmjera: Koristite alatne mašine visoke krutosti, specijalno obložene alate za rezanje od tvrde legure ili PCD, malu brzinu rezanja, veliki protok, visoki{0}}pritisak i tekućinu za rezanje visokog protoka za dovoljno hlađenje.
Toplinska obrada:
Žarenje: eliminiše unutrašnje naprezanje, stabilizuje strukturu i poboljšava plastičnost. To je najčešće korištena toplinska obrada.
Tretman otopinom + starenje: koristi se za + dvije-fazne legure titanijuma (kao što je Ti-6Al-4V), kako bi se dobilo disperzijsko jačanje i poboljšala čvrstoća kroz gašenje i starenje na niskim temperaturama.
Obrada površine
Čišćenje: pjeskarenje i pranje kiselinom (obično korištenjem HF-HNO ∝ miješane kiseline) za uklanjanje oksidnog kamenca i sloja zagađenja.
Jačanje/funkcionalizacija: Mikrolučna oksidacija (MAO) stvara keramičke premaze za poboljšanje otpornosti na habanje i koroziju; Nitriranje/nitriranje poboljšava površinsku tvrdoću; Anodizirajuće bojenje i poboljšanje otpornosti na koroziju; Termičko prskanje (kao što je prskanje WC Co) poboljšava otpornost na habanje.
Tehnologija povezivanja:
Zavarivanje: potrebno ga je izvesti pod zaštitom od plina argona-visoke čistoće ili vakuuma. Uobičajene metode uključuju zavarivanje inertnim gasom od volframa (GTAW/TIG), zavarivanje elektronskim snopom (EBW) i lasersko zavarivanje (LBW). Prije zavarivanja potrebno je strogo čišćenje.
Difuzijsko vezivanje (DB): Povezivanje atoma kontaktne površine kroz međusobnu difuziju pod visokom temperaturom i pritiskom, koristi se za proizvodnju SPF/DB komponenti.
