Titanova palica s premerom 10 mm lahko prenese obremenitev 30 ton in služi tudi kot stent srca v človeškem telesu 20 let. »Vse-zmogljivost tega materiala je podprta z izjemno strogim proizvodnim postopkom. Od surovin do končnih izdelkov lahko vsako odstopanje 0,1 % povzroči neuporabnost celotne serije izdelkov. Naslednjih šest korakov sestavlja linijo "izdela-ali-zlomi" v proizvodnji titanovih palic.
1. Izbira pravih surovin: "geni" uspešnosti
Učinkovitost titanovih palic je zaklenjena od stopnje surovine.
Letalstvo: Ti-6Al-4V (GR5) se pogosto uporablja, saj uravnava trdnost in žilavost na ravni 900 MPa.
Medicinski vsadki: vsebnost nečistoč mora biti strogo nadzorovana. Za vsak 1 ppm povečanje nečistoč se tveganje zavrnitve poveča za 10 %.
Ko pripravljate sestavine, je treba tudi gobasto zlitino titana in aluminij-vanadija stehtati z natančnostjo-miligramov, da se izognete nihanjem v elementih v sledovih, ki bi lahko v poznejši fazi privedlo do nenadzorovane mikrostrukture.
2. Taljenje: "Alkimiziranje" v vakuumu
Titan bo "požrl" kisik in dušik pri temperaturah nad 1500 stopinj in takoj postal krhek. Zato je treba postopek taljenja izvajati v vakuumski obločni peči za pretaljevanje (VAR) ali peči s hladnim ognjiščem z elektronskim žarkom (EBCHM).
• VAR: S taljenjem stisnjenih elektrod plast za plastjo, kot je "3D tiskanje", je mogoče dobiti ingote s čistostjo nad 99,995 %.
EBCHM: Z uporabo skeniranja z elektronskim žarkom je mogoče neposredno izhlapeti vključke z visoko{0}}gostoto, kot sta volfram in molibden. Titanove-palice za letalski rotor je treba dvakrat pretaliti.
Po enem taljenju je potrebno vzeti vzorce za spektralno primerjavo. Če je segregacija komponent večja od 0,3 %, bo celotna peč razrezana.
3. Termomehanska obdelava: Vkovanje "diska" v kite in kosti
Titanov ingot se najprej segreje do točke faznega prehoda (približno 995 stopinj), nato pa se večkrat dvigne in vleče v + dvo-fazno območje.
Šele ko je razmerje kovanja večje ali enako 3:1, se lahko notranje mikro-pore stisnejo.
Deformacijo vsakega prehoda je treba nadzorovati v območju od 20 % do 40 %. Če je prehitro, bo povzročilo trganje; če je prepočasen, bodo zrna groba.
Nato se vroče valja-v gredice z zahtevano temperaturno napako ±5 stopinj. V nasprotnem primeru lahko razlika v zmogljivosti med sprednjim in zadnjim delom iste palice doseže 15 %.
4. Toplotna obdelava: »fina-nastavitev« mikrostrukture
Homogenizirajoče žarjenje: 850 stopinj /2 h za odpravo segregacije sestave;
Obdelava z raztopino in staranje: 940-stopinjsko kaljenje v vodi + 540 stopinjsko staranje za 4 ure, kar omogoča, da razmerje + faz doseže 80:20, moč pa je mogoče dodatno povečati za 12 %.
5. Površinska obdelava: oklep titanovih palic
• Dekapiranje: Mešana raztopina HF in HNO₃ odstrani oksidne obloge in razkrije srebrno-belo osnovo.
Peening: 0,3 mm jekleni sunki udarjajo v površino s hitrostjo 60 m/s, kar povzroči tlačno napetost na ravni 200 MPa in podaljša življenjsko dobo proti utrujenosti za 50 %.
Elektrolitsko poliranje: Palice iz medicinskega titana so podvržene elektrolitskemu poliranju, da se doseže površinska hrapavost Ra manjša ali enaka 0,1 μm, kar zmanjša oprijem bakterij za 80 %.
Anodna oksidacija: Oblikuje se 2 μm oksidni film, ki ni samo -odporen proti koroziji, ampak ga je mogoče tudi barvati.
6. Zaznavanje: Tveganja zaslona na "nič"
• Kemična sestava: Vsaka palica je pregledana s spektrometrom. Če elementarni odmik presega 0,01 %, se razgradi.
Mehanske lastnosti: Naključno vzorčenje za natezni preskus, če je raztezek ob pretrgu manjši od 10 %, se vrne celotna serija.
Ne{0}}destruktivno testiranje:
- Ultrazvočno testiranje (UT): zaznane vključke in napake v titanovih palicah, večjih od Ф0,8 mm.
- vrtinčni tok ET: zazna površinske razpoke globine 0,05 mm;
Mikrostruktura: preglejte velikost in porazdelitev zrn pod metalografskim mikroskopom.
Zaključek
Proizvodnja titanovih palic je bitka proti napakam na "mikronski-ravni". Od nadzora nečistoč na ravni ppm do površinske hrapavosti 1 μm, vsak korak izziva fizikalne meje. V prihodnosti bo 3D-tiskanje in skoraj{5}}neto-oblikovanje morda skrajšalo postopek, vendar prizadevanje za "končno zmogljivost" ne bo nikoli ogroženo.
