Titanijumska šipka prečnika 10 mm može izdržati opterećenje od 30 tona i služiti kao srčani stent u ljudskom telu 20 godina. "Sve-" performanse ovog materijala su podržane izuzetno rigoroznim proizvodnim procesom. Od sirovina do gotovih proizvoda, svako odstupanje od 0,1% može cijelu seriju proizvoda učiniti neupotrebljivom. Sljedećih šest koraka čine liniju "napravi-ili-razbij" u proizvodnji titanijumskih šipki.
1. Odabir pravih sirovina: "geni" performansi
Performanse titanijumskih šipki su zaključane iz faze sirovog materijala.
Vazduhoplovstvo: Ti-6Al-4V (GR5) se široko koristi, balansirajući jačinu i žilavost na nivou od 900 MPa.
Medicinski implantati: Sadržaj nečistoća mora biti strogo kontrolisan. Za svaki 1 ppm povećanja nečistoća, rizik od odbacivanja se povećava za 10%.
Prilikom pripreme sastojaka, spužvasta titanijumska i aluminijum{0}}vanadijumska matična legura takođe treba da se izvaže sa preciznošću u miligram- kako bi se izbegle fluktuacije u elementima u tragovima koje bi mogle dovesti do nekontrolisane mikrostrukture u kasnijoj fazi.
2. Topljenje: "Alkemiziranje" u vakuumu
Titanijum će "progutati" kiseonik i azot na temperaturama iznad 1500 stepeni i odmah će postati krhki. Stoga se proces topljenja mora izvoditi u vakuumskoj lučnoj peći za pretapanje (VAR) ili peći s hladnim ložištem elektronskih zraka (EBCHM).
• VAR: Topljenjem zbijenih elektroda sloj po sloj poput "3D printanja" mogu se dobiti ingoti čistoće preko 99,995%.
EBCHM: Korišćenjem skeniranja elektronskim snopom, inkluzije velike-gustine kao što su volfram i molibden mogu se direktno ispariti. Titanijumske šipke za avio rotor- moraju se dva puta pretopiti.
Nakon jednog topljenja potrebno je uzeti uzorke za spektralno poređenje. Ako je segregacija komponenti veća od 0,3%, cijela peć će biti rashodovana.
3. Termomehanička obrada: Kovanje "diskusa" u tetive i kosti
Ingot titanijuma se prvo zagreva do tačke faznog prelaza (oko 995 stepeni), a zatim se više puta premešta i izvlači u +dve-faznom regionu.
Samo kada je omjer kovanja veći ili jednak 3:1, unutrašnje mikro{2}}pore mogu biti zbijene.
Deformaciju svakog prolaza treba kontrolisati unutar 20% do 40%. Ako je prebrzo, to će uzrokovati kidanje; ako je presporo, zrna će biti gruba.
Nakon toga se vruće-mota u gredice, sa temperaturnom greškom od ±5 stepeni. Inače, razlika u performansama između prednjeg i zadnjeg dijela iste šipke može doseći 15%.
4. Toplinska obrada: "Fino-podešavanje" mikrostrukture
Homogenizirajuće žarenje: 850 stepeni/2 h za eliminaciju segregacije sastava;
Tretman otopinom i starenje: 940 stepeni gašenje vodom + 540 stepen starenja u trajanju od 4 sata, omogućavajući omjeru + faza da dostigne 80:20, a snaga se može dodatno povećati za 12%.
5. Površinska obrada: armiranje titanijumskih šipki
• Kiseljenje: Mješoviti rastvor HF i HNO₃ uklanja kamenac oksida, otkrivajući srebrno-bijelu bazu.
Sačmarenje: čelične sačme od 0,3 mm udaraju na površinu brzinom od 60 m/s, unoseći tlačno naprezanje na nivou od 200 MPa i povećavajući vijek trajanja zamora za 50%.
Elektrolitičko poliranje: Medicinski titanijumski štapovi se podvrgavaju elektrolitičkom poliranju kako bi se postigla hrapavost površine Ra manja ili jednaka 0,1 μm, smanjujući prianjanje bakterija za 80%.
Anodna oksidacija: Formira se oksidni film od 2 μm, koji nije samo otporan na koroziju-već se može i bojati.
6. Detekcija: Rizici ekrana svedeni na "nulu"
• Hemijski sastav: Svaki štap se pregleda spektrometrom. Ako elementarno odstupanje prelazi 0,01%, odbacuje se.
Mehanička svojstva: Nasumično uzimanje uzoraka za ispitivanje zatezanja, ako je istezanje pri prekidu manje od 10%, cijela serija će biti vraćena.
Ne-testiranje bez razaranja:
- Ultrazvučno ispitivanje (UT): otkriveni uključci i defekti unutar titanijumskih šipki većih od F0,8 mm.
- Vrtložna struja ET: Otkrivanje površinskih pukotina dubine 0,05 mm;
Mikrostruktura: Ispitajte veličinu zrna i distribuciju pod metalografskim mikroskopom.
Zaključak
Proizvodnja titanijumskih šipki je borba protiv "defekta mikro- nivoa". Od kontrole nečistoća na nivou ppm do hrapavosti površine od 1 μm, svaki korak izaziva fizička ograničenja. U budućnosti, 3D štampanje i skoro{5}}mrežno-oblikovanje mogu skratiti proces, ali težnja za "krajnjim performansama" nikada neće biti ugrožena.
