Itin smulkios titano vielos (skersmuo 0,01–0,5 mm) gamyba yra vienas iš techniškai sudėtingiausių ir griežčiausiai kontroliuojamų procesų giluminio titano metalo apdirbimo srityje. Jo gamyba yra ne tik "dydžio mažinimas", bet ir sistemingas inžinerinis procesas, kuris vyksta per žaliavų parinkimą, kelis apdorojimo etapus, tikslų terminį apdorojimą ir išsamius bandymus. Bet koks nedidelis kiekvienos grandies nukrypimas gali lemti gatavo produkto pašalinimą, o tai yra didelis iššūkis visapusiškam techniniam įmonės pajėgumui.
1, Lydymosi procesas: didelio -grynumo substrato šaltinio kontrolė
Pagrindinis gamybos pradžios taškas yra didelio{0}}grynumo titano luitų lydymas, kuris tiesiogiai lemia pagrindines vielos medžiagos savybes ir apdorojimo stabilumą. Pramonėje dažniausiai naudojami vakuuminio vartojimo lankinio lydymo (VAR) arba vakuuminio indukcinio lydymo (VIM) procesai, kurių pagrindinis tikslas yra griežtai kontroliuoti intersticinių elementų, tokių kaip deguonis, azotas ir vandenilis, kiekį. Medicininės ir aviacinės klasės itin smulkaus titano vielos deguonies kiekis turi būti kontroliuojamas mažesnis nei 0,12 %, o vandenilio kiekis neturi viršyti 0,0015 %. Tačiau net jei šios priemaišos viršija standartą, toliau mikrometro lygyje jos greitai išsiplės, o tai sukels vielos trapumą arba pablogės veikimas.
Lydymosi metu kompozicijos sistema turi būti pritaikyta skirtingiems naudojimo scenarijams: pramoniniai gryno titano (Gr1/Gr2) itin smulkūs laidai koncentruojasi į mažas priemaišas ir didelį lankstumą, o lydymosi dažnis turi būti optimizuotas (paprastai 2–3 VAR perlydymas), kad būtų užtikrintas kompozicijos vienodumas; Aliuminio ir vanadžio elementų santykis turi būti labai tiksliai kontroliuojamas medicininio lydinio laidams, tokiems kaip Ti-6Al-4V ELI, o oksidacija turi būti slopinama vakuuminėje aplinkoje, suteikiant pagrindą vėlesniam biologiniam suderinamumui ir atsparumui nuovargiui.
2, karštas apdorojimas ir šaltasis tempimas: tikslus grūdelių dydžio ir įtempio valdymas
Ištirpęs titano luitas karšto kalimo ir karšto valcavimo procesuose turi būti perdirbamas į titano strypą arba ruošinį, kurio skersmuo 8-12 mm. Šiame etape kalimo temperatūra turi būti kontroliuojama kritiniame fazės zonos diapazone (950–1050 laipsnių) ir + fazės zonoje, kad būtų išvengta per didelio grūdelių dydžio ar netolygios mikrostruktūros. Po aušinimo vielos ruošinys pereina į kelių žingsnių šaltojo tempimo procesą, kuris yra pagrindinis žingsnis norint pasiekti mikrometro dydį. Tačiau kiekvienas piešimo procesas patobulins titano grūdelius ir kaups vidinį įtempį. Jei nepašalinsite laiku, labai tikėtina, kad vėliau traukiant viela gali lūžti.
Tarpinis atkaitinimo apdorojimas tampa pagrindiniu šaltojo tempimo buferiu: jį reikia atkaitinti vakuume arba inertinių dujų apsauginėje atmosferoje, atsižvelgiant į vielos skersmens pasikeitimą (3-5 praėjimai per brėžinį), kontroliuojant temperatūrą 550–650 laipsnių, o izoliacijos trukmę – iki minutės lygio. Netinkamas atkaitinimas gali sukelti plastiškumo trūkumą, trapumą ir didesnę trapaus lūžio tikimybę; Perkaitinimas gali paskatinti grūdelių augimą ir turėti įtakos galutiniam vielos medžiagos stiprumui. Itin smulkių vielų, kurių d mažesnis arba lygus 0,1 mm, tempimo greitis turi būti sumažintas iki 0,5–1 m/min, o trinčiai ir įtempių koncentracijai sumažinti turi būti naudojama speciali volframo plieno forma.
3, pagrindinis sunkumas: dydžio nuoseklumo ir paviršiaus kokybės mikronų lygio kontrolė
Kai vielos skersmuo artėja prie mikrometro lygio, sunku kontroliuoti dydžio tikslumą ir paviršiaus kokybę, o tai taip pat yra pagrindinė kliūtis atskirti aukščiausios klasės ir įprastus gaminius. Aukštos klasės programoms, tokioms kaip medicininės siūlės ir aviaciniai jutikliai, reikalingas vielos skersmens tolerancijos valdymas ± 1-3 μm. Tam reikalingas ne tik 0,001 mm formos tikslumas, bet ir temperatūros, įtempimo ir tepimo būklės stebėjimas realiuoju laiku piešimo metu. Tepimo sistemoje reikia naudoti specializuotus sintetinius tepalus, kad būtų užtikrintas tepimo efektyvumas ir išvengta likutinių priemaišų, užteršančių paviršių; Piešimo aplinkoje turi būti palaikoma pastovi temperatūra (20 ± 2 laipsniai), pastovi drėgmė (50 ± 5 % santykinis drėgnis) ir be dulkių (1000 klasės švarus plotas), kad aplinkos svyravimai nepakenktų matmenų stabilumui.
Paviršiaus kokybės kontrolė yra lygiai taip pat griežta: gatavos vielos paviršius turi būti be defektų, tokių kaip įbrėžimai, oksido sluoksniai (storis Mažesnis arba lygus 5 nm), mikroįtrūkimai ir tt Šie defektai greitai išsiplės veikiant įtempiams ar korozinėms aplinkoms, todėl laidas sugenda. Šiuo tikslu reikia atlikti elektrolitinio poliravimo arba plazminio valymo procesus, kad būtų pašalintas paviršiaus oksido sluoksnis, o paviršiaus defektų tikrinimas realiuoju laiku- atliekamas naudojant internetinę optinio aptikimo sistemą (aptikimo tikslumas 0,0005 mm), o nekvalifikuoti produktai nedelsiant pašalinami.
4, gatavo gaminio bandymas: paslaugų patikimumo visų matmenų patikrinimas
Itin smulkaus titano vielos galutinio produkto bandymas turi apimti dydį, paviršių, mechanines savybes ir mikrostruktūrą, kad būtų sudaryta visa proceso kokybės kontrolės kilpa. Internetinis aptikimas naudoja lazerinį suportą skersmens svyravimams stebėti realiu laiku. Aptikimas neprisijungus apima paviršiaus defektų mikroskopiją (padidintą 500 kartų), tempimo charakteristikų bandymą (didesnis arba lygus 800 MPa stiprumui, pailgėjimas didesnis arba lygus 15 %), metalografinę analizę (grūdelių dydžio ir audinių vienodumo tikrinimą) ir medicininio produkto specifinio biologinio suderinamumo tyrimus (citotoksiškumo, jautrinimo bandymus). Kai kuriems aukščiausios klasės-produktams taip pat reikalingas nuovargio našumo bandymas, kad būtų užtikrintas ilgalaikis-stabilumas esant didelio-dažnio ciklinėms apkrovoms.
Išvada: Visapusiškas technologinės jėgos pasireiškimas
Itin smulkaus titano vielos gamybos lygis tiesiogiai atspindi titano medžiagų įmonės lydymosi, perdirbimo, kokybės kontrolės ir patobulintas valdymo galimybes. Nuo titano luitų iki mikrometro lygio vielos medžiagų – kiekviena grandis turi atitikti tris pagrindinius „tikslumo, našumo ir stabilumo“ reikalavimus. Taip pat dėl šios priežasties aukštos-kokybės itin smulkaus titano vielą jau seniai monopolizavo įmonės, turinčios visą pramoninę grandinę (lydymosi karšto apdorojimo tikslumo brėžinio pilnas bandymas). Didėjant paklausai aukščiausios klasės- srityse, tokiose kaip medicina ir kosmosas, procesų reikalavimai itin smulkiai titano vielai ir toliau didės, o tai skatins titano medžiagų apdirbimo technologijų proveržį, siekiant tikslesnių ir tikslesnių krypčių.
