Μια ράβδος τιτανίου με διάμετρο 10 mm μπορεί να υποστηρίξει φορτίο 30 τόνων και επίσης να χρησιμεύσει ως στεντ καρδιάς στο ανθρώπινο σώμα για 20 χρόνια. Η "ολόκληρη" απόδοση αυτού του υλικού στηρίζεται σε μια εξαιρετικά αυστηρή διαδικασία κατασκευής. Από τις πρώτες ύλες έως τα τελικά προϊόντα, οποιαδήποτε απόκλιση 0,1% μπορεί να καταστήσει αχρησιμοποίητη ολόκληρη την παρτίδα των προϊόντων. Τα ακόλουθα έξι βήματα αποτελούν τη γραμμή "κατασκευή-ή-διακοπής" στην κατασκευή ράβδων τιτανίου.
1. Επιλογή των σωστών πρώτων υλών: τα «γονίδια» της απόδοσης
Η απόδοση των ράβδων τιτανίου είναι κλειδωμένη από το στάδιο της πρώτης ύλης.
Αεροδιαστημική: Το Ti{4}}6Al-4V (GR5) χρησιμοποιείται ευρέως, εξισορροπώντας αντοχή και σκληρότητα σε επίπεδο 900 MPa.
Ιατρικά εμφυτεύματα: Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. Για κάθε 1 ppm αύξηση των ακαθαρσιών, ο κίνδυνος απόρριψης αυξάνεται κατά 10%.
Κατά την προετοιμασία των συστατικών, το σφουγγάρι τιτανίου και αλουμινίου-κύριο κράμα βαναδίου θα πρέπει επίσης να ζυγίζονται με ακρίβεια χιλιοστού-για να αποφευχθούν διακυμάνσεις στα ιχνοστοιχεία που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ανεξέλεγκτη μικροδομή στο μεταγενέστερο στάδιο.
2. Τήξη: «Αλχημεία» στο κενό
Το τιτάνιο θα «καταπιεί» οξυγόνο και άζωτο σε θερμοκρασίες πάνω από 1.500 βαθμούς και θα γίνει εύθραυστο αμέσως. Επομένως, η διαδικασία τήξης πρέπει να εκτελείται σε κλίβανο επανατήξης τόξου κενού (VAR) ή σε κλίβανο ψυχρής εστίας δέσμης ηλεκτρονίων (EBCHM).
• VAR: Με την τήξη των συμπιεσμένων ηλεκτροδίων στρώμα-στρώμα όπως "3D printing", μπορούν να ληφθούν πλινθώματα με καθαρότητα άνω του 99,995%.
EBCHM: Με τη χρήση σάρωσης δέσμης ηλεκτρονίων, μπορούν να εξατμιστούν άμεσα εγκλείσματα υψηλής πυκνότητας, όπως το βολφράμιο και το μολυβδαίνιο. Οι ράβδοι τιτανίου ποιότητας ρότορα αεροπορίας-πρέπει να λιώσουν ξανά δύο φορές.
Μετά από μία τήξη, πρέπει να ληφθούν δείγματα για φασματική σύγκριση. Εάν ο διαχωρισμός των εξαρτημάτων είναι μεγαλύτερος από 0,3%, ολόκληρος ο κλίβανος θα απορριφθεί.
3. Θερμομηχανική επεξεργασία: Σφυρηλάτηση του «δίσκου» σε νεύρα και κόκαλα
Η ράβδος τιτανίου θερμαίνεται πρώτα στο σημείο μετάβασης φάσης (περίπου 995 μοίρες ) και στη συνέχεια ανατρέπεται επανειλημμένα και τραβιέται στην περιοχή + δύο- φάσεων.
Μόνο όταν η αναλογία σφυρηλάτησης είναι μεγαλύτερη ή ίση με 3:1 μπορούν να συμπιεστούν οι εσωτερικοί μικρο-πόροι.
Κάθε παραμόρφωση διέλευσης θα πρέπει να ελέγχεται από 20% έως 40%. Εάν είναι πολύ γρήγορο, θα προκαλέσει σχίσιμο. αν είναι πολύ αργό, οι κόκκοι θα είναι χοντροκομμένοι.
Στη συνέχεια, τυλίγεται ζεστά-σε μπιγιέτες, με απαίτηση σφάλματος θερμοκρασίας ±5 μοίρες . Διαφορετικά, η διαφορά απόδοσης μεταξύ του μπροστινού και του πίσω μέρους της ίδιας ράβδου μπορεί να φτάσει το 15%.
4. Θερμική επεξεργασία: Η "λεπτή-ρύθμιση" της μικροδομής
Ομογενοποιητική ανόπτηση: 850 μοίρες /2 ώρες για την εξάλειψη του διαχωρισμού της σύνθεσης.
Επεξεργασία και παλαίωση διαλύματος: 940 μοίρες απόσβεση νερού + 540 βαθμός παλαίωσης για 4 ώρες, επιτρέποντας στην αναλογία + φάση να φτάσει το 80:20 και η αντοχή μπορεί να αυξηθεί περαιτέρω κατά 12%.
5. Επεξεργασία Επιφανείας: Θωράκιση των Ράβδων Τιτανίου
• Πίκρωση: Το ανάμεικτο διάλυμα HF και HNO3 αφαιρεί την κλίμακα του οξειδίου, αποκαλύπτοντας την ασημί-λευκή βάση.
Σφαιριστήριο: Οι βολές από χάλυβα 0,3 mm προσκρούουν στην επιφάνεια με ταχύτητα 60 m/s, εισάγοντας θλιπτική τάση σε επίπεδο 200 MPa και αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής της κόπωσης κατά 50%.
Ηλεκτρολυτική στίλβωση: Οι ιατρικές ράβδοι τιτανίου υποβάλλονται σε ηλεκτρολυτική στίλβωση για να επιτευχθεί τραχύτητα επιφάνειας Ra μικρότερη ή ίση με 0,1 μm, μειώνοντας τη βακτηριακή πρόσφυση κατά 80%.
Ανοδική οξείδωση: Σχηματίζεται ένα φιλμ οξειδίου 2 μm, το οποίο δεν είναι μόνο ανθεκτικό στη διάβρωση, αλλά μπορεί επίσης να χρωματιστεί.
6. Ανίχνευση: Οι κίνδυνοι οθόνης μειώνονται στο "μηδέν"
• Χημική σύνθεση: Κάθε ράβδος ελέγχεται από φασματόμετρο. Εάν η στοιχειακή απόκλιση υπερβαίνει το 0,01%, απορρίπτεται.
Μηχανικές ιδιότητες: Τυχαία δειγματοληψία για δοκιμή εφελκυσμού, εάν η επιμήκυνση στη θραύση είναι μικρότερη από 10%, ολόκληρη η παρτίδα θα επιστραφεί.
Μη-μη καταστροφική δοκιμή:
- Δοκιμή υπερήχων (UT): Εντοπίστηκαν εγκλείσματα και ελαττώματα σε ράβδους τιτανίου μεγαλύτερες από Ф0,8 mm.
- Δινορεύματα ET: Ανίχνευση επιφανειακών ρωγμών βάθους 0,05 mm.
Μικροδομή: Εξετάστε το μέγεθος και την κατανομή των κόκκων κάτω από ένα μεταλλογραφικό μικροσκόπιο.
Σύναψη
Η κατασκευή ράβδων τιτανίου είναι μια μάχη ενάντια στα "ελαττώματα επιπέδου μικρού-". Από τον έλεγχο ακαθαρσιών στο επίπεδο ppm έως την τραχύτητα επιφάνειας 1 μm, κάθε βήμα προκαλεί τα φυσικά όρια. Στο μέλλον, η τρισδιάστατη εκτύπωση και ο σχεδόν-δικτυωτός-σχηματισμός μπορεί να συντομεύσουν τη διαδικασία, αλλά η επιδίωξη της "απόλυτης απόδοσης" δεν θα τεθεί ποτέ σε κίνδυνο.
