1,Primární zpracování: od rudy po zpracovatelný sochor
Jedná se o nejdražší článek v celém řetězci titanového průmyslu.
Výroba titanové houby (hlavně metoda Kroll):
Přeměňte titanovou rudu (rutil nebo ilmenit) na houbovitý titan (porézní čistý titan).
Proces: Titanová ruda → Chlorace na chlorid titaničitý (TiCl ₄) → Tepelná redukce hořčíkem (Krollova metoda) → Vakuová destilace → Houbový titan.
Charakteristika: Složitý proces, velká spotřeba energie a přerušovaná výroba jsou jedním ze základních důvodů vysoké ceny titanových slitin. Nové metody elektrolýzy, jako je proces FFC Cambridge, mají za cíl snížit spotřebu energie a náklady, ale dosud nebyly ve velkém měřítku komercializovány.
2). Tání:
Roztavte houbový titan, slitinové prvky a materiál vraťte do jednotně složených ingotů pod vakuem nebo ochranou inertním plynem (argonem).
Hlavní technologie:
Vakuové tavení spotřebního materiálu obloukem (VAR): nejběžnější metoda. Elektroda je roztavena obloukem ve vakuové komoře a vhozena do vodou-chlazeného měděného kelímku, aby ztuhla. Pro zajištění čistoty a jednotnosti se obvykle provádějí dva nebo tři procesy tavení.
Tavení v peci se studeným ložem (CHM): včetně pece se studeným ložem s elektronovým paprskem (EBCHM) a pece se studeným ložem s plazmovým obloukem (PACHM). Dokáže účinně odstraňovat nečistoty s vysokou/nízkou -hustotou a běžně se používá při přípravě titanových ingotů nejvyšší kvality pro letectví a titanových sochorů{2}}.
2,Výroba tváření: tvarování polotovaru do požadovaného tvaru
Toto je hlavní článek, který odráží obtížnost zpracování titanové slitiny.
A. Tvarování plastů
Konvenční kování:Po zahřátí ve vzduchové peci se tvaruje pomocí kovacího bucharu nebo lisu. Snadno se vytváří povrchová oxidová vrstva (alfa křehká vrstva), kterou je třeba později odstranit.
Izotermické kování za tepla:klíčová technologie pro přesné kování titanových slitin. Formu zahřejte na teplotu podobnou sochoru (obvykle 800-1000 stupňů C) a vytvarujte ji pod pomalým tlakem. To výrazně snižuje deformační odpor, pokles teploty a povrchovou reakci, což umožňuje výrobu výkovků s téměř čistým tvarem se složitými tvary, vysokou přesností a přiměřenou rovnoměrnou distribucí. Náklady a spotřeba energie forem (obvykle vyrobených ze superslitin na bázi niklu nebo slitin na bázi molybdenu) jsou však extrémně vysoké.
Rolování:Výroba plechů, pásů, tyčí a trubek. Válcování za tepla se provádí v ochranné atmosféře nebo povlaku, aby se zabránilo oxidaci; Válcování za studena vyžaduje střední žíhání, aby se eliminovalo mechanické zpevňování.
Mačkání:Používá se pro výrobu profilů a trubek. Po zahřátí sochoru je vytlačován přes formu pod vysokým tlakem. Aby se zabránilo lepení plísní a oxidaci, jsou zapotřebí maziva na sklo a ochranné povlaky.
Superplastické tvarování (SPF):Využitím superplasticity (extrémně vysoké tažnosti) titanové slitiny při konkrétní teplotě/rychlosti a jejím spojením s tlakem vzduchu, aby se vešly do formy jako foukací sklo, lze najednou vytvořit složité tenkostěnné -komponenty. Často v kombinaci s difúzním lepením (DB) tvoří technologii SPF/DB, která se používá k výrobě vícevrstvých dutých konstrukcí pro letecké aplikace.
B. Casting
Vakuové přesné lití: provádí se hlavně ve vakuových spotřebních obloukových kondenzačních pecích. Elektroda se taví v oblouku pod vakuem a proudí do keramického pláště formy. Vzhledem k reakci mezi titanem a téměř všemi formovacími materiály je nutné použít speciální žáruvzdorné materiály (jako je povrchová vrstva oxidu yttria).
Použití: Vhodné pro výrobu statických konstrukčních součástí s extrémně složitými tvary, které nevyžadují rozsáhlé obrábění, jako jsou skříně motorů, těla čerpadel a špičkové-hlavy golfových míčků.
C. Aditivní výroba (3D tisk) - Revoluční technologie
Přímé použití prášku ze slitiny titanu nebo drátěného materiálu vrstvu po vrstvě k výrobě pevných dílů je zvláště vhodné pro složité konstrukce, lehký design a přizpůsobení malých sérií.
Hlavní technologie:
Laser Selective Melting (SLM)/Laser Powder Bed Melting (LPBF): V komoře s inertní atmosférou se prášek titanové slitiny na práškovém loži roztaví bod po bodu pomocí jemného laseru. Vysoká přesnost a dobrá kvalita povrchu.
Tavení elektronovým paprskem (EBM): Tavení prášku elektronovým paprskem ve vakuovém prostředí. Rychlost tváření je vysoká, tepelné namáhání je nízké a výkon dílů se blíží výkonu výkovků, ale povrch je poměrně drsný.
Výhody: Míra využití materiálu je extrémně vysoká (téměř 100 %), čímž je dosaženo struktur optimalizace topologie, jako jsou extrémně složité mřížky, plástve a integrované duté chladicí kanály. Je nenahraditelný v oblasti letectví (lehká lešení, lopatky s chladicími kanály) a lékařství (porézní kostní implantáty na zakázku).
3,Následné zpracování a manipulace
1) Obrábění:
Titanová slitina je typickým obtížně obrobitelným materiálem pro svou špatnou tepelnou vodivost (teplo se hromadí na nástroji), vysokou chemickou afinitu (snadno reaguje s materiálem nástroje) a nízký modul pružnosti (snadno způsobuje nástroj a vibrace).
Protiopatření: Pro dostatečné chlazení používejte obráběcí stroje s vysokou tuhostí, speciálně potažené nástroje z tvrdé slitiny nebo PCD, nízkou řeznou rychlost, velký posuv, vysoký-tlak a vysoký průtok řezné kapaliny.
Tepelné zpracování:
Žíhání: eliminuje vnitřní pnutí, stabilizuje strukturu a zlepšuje plasticitu. Je to nejpoužívanější tepelná úprava.
Ošetření roztokem + stárnutí: používá se pro + dvou{2}}fázové slitiny titanu (jako je Ti-6Al-4V), k dosažení disperzního zpevnění a zlepšení pevnosti kalením a stárnutím při nízkých teplotách.
Povrchová úprava
Čištění: Pískování a mytí kyselinou (běžně s použitím směsné kyseliny HF-HNO ∝) k odstranění oxidových usazenin a vrstvy znečištění.
Zpevnění/funkcionalizace: Mikroarc oxidace (MAO) vytváří keramické povlaky pro zlepšení odolnosti proti opotřebení a korozi; Nitridace/nitridace zlepšuje tvrdost povrchu; Eloxovací barvení a zlepšení odolnosti proti korozi; Tepelné stříkání (jako stříkání WC Co) zlepšuje odolnost proti opotřebení.
Technologie připojení:
Svařování: Musí být prováděno pod vysoce čistým argonem nebo pod vakuem. Mezi běžné metody patří svařování wolframovým inertním plynem (GTAW/TIG), svařování elektronovým paprskem (EBW) a laserové svařování (LBW). Před svařováním je nutné důkladné čištění.
Difúzní spojování (DB): Spojování atomů kontaktního povrchu vzájemnou difúzí za vysoké teploty a tlaku, používané pro výrobu SPF/DB komponentů.
