1,Primærbehandling: fra malm til bearbeidbar emne
Dette er det dyreste leddet i hele titanindustrikjeden.
Produksjon av svamptitan (hovedsakelig Kroll-metoden):
Konverter titanmalm (rutil eller ilmenitt) til svamptitan (porøst rent titan).
Prosess: Titanmalm → Klorering til titantetraklorid (TiCl ₄) → Magnesium termisk reduksjon (Kroll-metoden) → Vakuumdestillasjon → Svamptitan.
Kjennetegn: Den komplekse prosessen, det enorme energiforbruket og den periodiske produksjonen er en av de grunnleggende årsakene til den høye prisen på titanlegeringer. Fremvoksende elektrolysemetoder, som FFC Cambridge-prosessen, tar sikte på å redusere energiforbruk og kostnader, men har ennå ikke blitt kommersialisert i stor skala.
2). Smelting:
Smelt svamptitan, legeringselementer og returner materiale til jevnt sammensatte blokker under vakuum eller inertgass (argon) beskyttelse.
Hovedteknologier:
Vacuum consumable arc melting (VAR): den mest vanlige metoden. Elektroden smeltes ved lysbue i et vakuumkammer og slippes ned i en vann-avkjølt kobberdigel for å stivne. For å sikre renhet og jevnhet utføres vanligvis to eller tre smelteprosesser.
Kaldt lag ovn smelting (CHM): inkludert elektronstråle kald ovn ovn (EBCHM) og plasma lysbue kald ovn ovn (PACHM). Den kan effektivt fjerne urenheter med høy/lav-tetthet og brukes ofte til fremstilling av titanblokker og titanblokker av høy-kvalitet.
2,Forming produksjon: forme emnet til ønsket form
Dette er kjernelenken som gjenspeiler vanskeligheten med behandling av titanlegering.
A. Plastforming
Konvensjonell smiing:Etter oppvarming i en luftovn dannes den ved hjelp av en smihammer eller presse. Lett å generere overflateoksidlag (alfa-sprøhetslag), som må fjernes senere.
Isotermisk/varm formsmiing:en nøkkelteknologi for presisjonssmiing av titanlegeringer. Varm formen til en temperatur som ligner på emnet (vanligvis 800-1000 grader C) og form den under sakte trykk. Dette reduserer deformasjonsmotstanden, temperaturfallet og overflatereaksjonen i stor grad, noe som muliggjør produksjon av tilnærmet netto formsmiing med komplekse former, høy presisjon og rimelig strømlinjeforming. Imidlertid er kostnadene og energiforbruket til støpeformer (ofte laget av nikkelbaserte superlegeringer eller molybdenbaserte legeringer) ekstremt høye.
Rulling:Produksjon av plater, strips, stenger og rør. Varmvalsing utføres i en beskyttende atmosfære eller belegg for å forhindre oksidasjon; Kaldvalsing krever mellomgløding for å eliminere arbeidsherding.
Klemmer:Brukes til å produsere profiler og rør. Etter oppvarming av emnet, ekstruderes det gjennom en form under høyt trykk. Glasssmøremidler og beskyttende belegg er nødvendig for å forhindre at mugg fester seg og oksiderer.
Superplastisk forming (SPF):Ved å bruke superplastisiteten (ekstremt høy forlengelse) til titanlegering ved en bestemt temperatur/hastighet og kombinere den med lufttrykk for å passe til formen som blåsende glass, kan komplekse tynnveggede komponenter dannes på én gang. Ofte kombinert med diffusjonsbinding (DB) for å danne SPF/DB-teknologi, brukt til å produsere flerlags hule strukturer for romfartsapplikasjoner.
B. Støping
Vakuumpresisjonsstøping: hovedsakelig utført i vakuum forbruksbuekondenserende ovner. Elektroden smelter i en bue under vakuum og flyter inn i det keramiske formskallet. På grunn av reaksjonen mellom titan og nesten alle støpematerialer, må spesielle ildfaste materialer (som yttriumoksid overflatelag) brukes.
Bruksområde: Egnet for å produsere statiske strukturelle komponenter med ekstremt komplekse former som ikke krever omfattende maskinering, for eksempel motorhus, pumpekropper og høye-golfballhoder.
C. Additiv produksjon (3D-utskrift) - Revolusjonerende teknologi
Direkte bruk av titanlegeringspulver eller trådmateriale lag for lag for å produsere solide deler er spesielt egnet for komplekse strukturer, lett design og tilpasning av små partier.
Hovedteknologier:
Laser Selective Melting (SLM)/Laser Powder Bed Melting (LPBF): I et inert atmosfærekammer smeltes titanlegeringspulver på pulverlaget punkt for punkt ved hjelp av en fin laser. Høy presisjon og god overflatekvalitet.
Elektronstrålesmelting (EBM): Smeltepulver med en elektronstråle i et vakuummiljø. Formingshastigheten er rask, den termiske spenningen er lav og ytelsen til delene er nær den til smiing, men overflaten er relativt ru.
Fordeler: Materialutnyttelsesgraden er ekstremt høy (nesten 100%), og oppnår topologioptimeringsstrukturer som ekstremt komplekse gitter, honeycomb og integrerte hule kjølekanaler. Det er uerstattelig innen romfart (lette stillaser, blader med kjølekanaler) og medisinsk (tilpassede porøse beinimplantater).
3,Påfølgende behandling og håndtering
1) Maskinering:
Titanlegering er et typisk materiale som er vanskelig å bearbeide på grunn av dets dårlige varmeledningsevne (varme samler seg på verktøyet), høy kjemisk affinitet (lett å reagere med verktøymaterialet) og lav elastisitetsmodul (lett å forårsake verktøy og vibrasjoner).
Mottiltak: Bruk verktøymaskiner med høy stivhet, spesialbelagte skjæreverktøy i hardlegering eller PCD, lav skjærehastighet, stor matehastighet, høyt-trykk og skjærevæske med høy strømning for tilstrekkelig kjøling.
Varmebehandling:
Gløding: eliminerer indre stress, stabiliserer strukturen og forbedrer plastisiteten. Det er den mest brukte varmebehandlingen.
Løsningsbehandling+aldring: brukes for + to--fase titanlegeringer (som Ti-6Al-4V), for å oppnå dispersjonsforsterkning og forbedre styrke gjennom bråkjøling og aldring ved lav temperatur.
Overflatebehandling
Rengjøring: Sandblåsing og syrevask (bruker vanligvis HF-HNO ∝ blandet syre) for å fjerne oksidbelegg og forurensningslag.
Styrking/funksjonalisering: Mikrobueoksidasjon (MAO) genererer keramiske belegg for å forbedre slitasje- og korrosjonsmotstanden; Nitrering/nitrering forbedrer overflatehardheten; Anodisering av farge og forbedring av korrosjonsbestandighet; Termisk sprøyting (som sprøyting av WC Co) forbedrer slitestyrken.
Tilkoblingsteknologi:
Sveising: Det må utføres under høy-argongass eller vakuumbeskyttelse. Vanlige metoder inkluderer wolfram inert gassveising (GTAW/TIG), elektronstrålesveising (EBW) og lasersveising (LBW). Streng rengjøring er nødvendig før sveising.
Diffusjonsbinding (DB): Forbinder kontaktflateatomer gjennom gjensidig diffusjon under høy temperatur og trykk, brukt til fremstilling av SPF/DB-komponenter.
