Titāna stienis ar diametru 10 mm spēj izturēt 30 tonnu slodzi un kalpo arī kā sirds stents cilvēka organismā 20 gadus. Šī materiāla "vispusīgās" veiktspējas pamatā ir ārkārtīgi stingrs ražošanas process. No izejvielām līdz gatavajiem produktiem jebkura novirze 0,1% apmērā var padarīt visu produktu partiju nelietojamu. Tālāk norādītie seši soļi veido titāna stieņu ražošanas līniju "izgatavot{8}}vai-pārtraukt".
1. Pareizo izejvielu izvēle: veiktspējas "gēni".
Titāna stieņu veiktspēja ir bloķēta no izejmateriālu stadijas.
Kosmiskā aviācija: Ti-6Al-4V (GR5) tiek plaši izmantots, līdzsvarojot 900 MPa līmeņa izturību un stingrību.
Medicīniskie implanti: piemaisījumu saturs ir stingri jākontrolē. Katram piemaisījumu palielinājumam par 1 ppm atgrūšanas risks palielinās par 10%.
Sagatavojot sastāvdaļas, arī sūkļa titāna un alumīnija-vanādija sakausējums ir jānosver ar miligramu{1}}līmeņa precizitāti, lai izvairītos no mikroelementu svārstībām, kas vēlākā posmā varētu izraisīt nekontrolējamu mikrostruktūru.
2. Kausēšana: "alķīmēšana" vakuumā
Titāns "norīs" skābekli un slāpekli temperatūrā virs 1500 grādiem un uzreiz kļūs trausls. Tāpēc kausēšanas process jāveic vakuuma loka pārkausēšanas krāsnī (VAR) vai elektronu staru aukstā pavarda krāsnī (EBCHM).
• VAR: izkausējot sablīvētos elektrodus slāni pēc slāņa, piemēram, "3D drukāšana", var iegūt lietņus ar tīrības pakāpi virs 99,995%.
EBCHM: izmantojot elektronu staru skenēšanu, augsta{0}}blīvuma ieslēgumus, piemēram, volframu un molibdēnu, var tieši iztvaikot. Aviācijas rotora{2}}klases titāna stieņi ir jāpārkausē divas reizes.
Pēc vienas kausēšanas ir jāņem paraugi spektrālajam salīdzinājumam. Ja komponentu segregācija ir lielāka par 0,3%, visa krāsns tiks nodota metāllūžņos.
3. Termomehāniskā apstrāde: "diska" kalšana cīpslās un kaulos
Titāna stieņu vispirms uzkarsē līdz fāzes pārejas punktam (apmēram 995 grādi), pēc tam atkārtoti izjauc un ievelk + divu -fāžu reģionā.
Tikai tad, ja kalšanas attiecība ir lielāka vai vienāda ar 3:1, iekšējās mikro-poras var tikt sablīvētas.
Katra caurlaides deformācija jākontrolē robežās no 20% līdz 40%. Ja tas ir pārāk ātrs, tas izraisīs asarošanu; ja tas ir pārāk lēns, graudi būs rupji.
Pēc tam tas tiek karsti{0}}velmēts sagatavēs, un temperatūras kļūdas prasība ir ±5 grādi. Pretējā gadījumā veiktspējas atšķirība starp viena un tā paša stieņa priekšējo un aizmugurējo daļu var sasniegt 15%.
4. Termiskā apstrāde: mikrostruktūras "precīzā-noregulēšana".
Homogenizējošā atkausēšana: 850 grādi /2 h, lai novērstu kompozīcijas segregāciju;
Šķīduma apstrāde un novecošana: 940 grādu ūdens rūdīšana + 540 grādu izturēšana 4 stundas, ļaujot + fāzes attiecībai sasniegt 80:20, un stiprumu var vēl vairāk palielināt par 12%.
5. Virsmas apstrāde: titāna stieņu apbruņošana
• Kodināšana: jauktais HF un HNO₃ šķīdums noņem oksīda nogulsnes, atklājot sudraba-balto pamatni.
Skrotis: 0,3 mm tērauda skrotis ietriec virsmu ar ātrumu 60 m/s, ieviešot spiedes spriegumu 200 MPa līmenī un palielinot noguruma kalpošanas laiku par 50%.
Elektrolītiskā pulēšana: Medicīniskā titāna stieņi tiek elektrolītiski pulēti, lai sasniegtu virsmas raupjumu Ra mazāku vai vienādu ar 0,1 μm, samazinot baktēriju adhēziju par 80%.
Anodiskā oksidēšana: veidojas 2 μm oksīda plēve, kas ir ne tikai izturīga pret koroziju{1}}, bet arī var tikt krāsota.
6. Noteikšana: ekrāna risks līdz nullei.
• Ķīmiskais sastāvs: katru stieni pārbauda ar spektrometru. Ja elementu novirze pārsniedz 0,01%, to noņem metāllūžņos.
Mehāniskās īpašības: izlases veida paraugu ņemšana stiepes testam, ja stiepes pagarinājums ir mazāks par 10%, tiks atgriezta visa partija.
Nesagraujošā{0}}testēšana:
- Ultraskaņas testēšana (UT): konstatēti ieslēgumi un defekti titāna stieņos, kas lielāki par Ф0,8 mm.
- Virpuļstrāvas ET: atklāt virsmas plaisas 0,05 mm dziļumā;
Mikrostruktūra: pārbaudiet graudu izmēru un sadalījumu zem metalogrāfiskā mikroskopa.
Secinājums
Titāna stieņu ražošana ir cīņa pret "mikro{0}}līmeņa defektiem". No piemaisījumu kontroles ppm līmenī līdz virsmas raupjumam 1 μm, katrs solis izaicina fiziskās robežas. Nākotnē 3D drukāšana un gandrīz -neto{6}}formu veidošana var saīsināt šo procesu, taču tiekšanās pēc "galējā veiktspējas" nekad netiks apdraudēta.
