1,Первинна переробка: від руди до оброблюваної заготовки
Це найдорожча ланка у всьому ланцюжку титанової промисловості.
Виробництво губчатого титану (переважно методом Кролла):
Перетворення титанової руди (рутил або ільменіт) на губчастий титан (пористий чистий титан).
Процес: Титанова руда → Хлорування до тетрахлориду титану (TiCl₄) → Термічне відновлення магнію (метод Кролла) → Вакуумна дистиляція → Губчастий титан.
Характеристики: Складний процес, величезне споживання енергії та переривчасте виробництво є однією з основних причин високої ціни титанових сплавів. Нові методи електролізу, такі як Кембриджський процес FFC, мають на меті зменшити споживання енергії та витрати, але ще не були комерціалізовані у великих масштабах.
2). плавлення:
Розплавляйте губчастий титан, елементи сплаву та повертайте матеріал у однорідні злитки під захистом вакууму або інертного газу (аргону).
Основні технології:
Вакуумне дугове плавлення витратних матеріалів (VAR): найпоширеніший метод. Електрод розплавляють за допомогою дуги у вакуумній камері та опускають у-водоохолоджуваний мідний тигель для твердіння. Для забезпечення чистоти та однорідності зазвичай проводять два або три процеси плавлення.
Плавильна піч з холодним шаром (CHM): включаючи піч з холодним шаром з електронним променем (EBCHM) і піч з холодним шаром з плазмовою дугою (PACHM). Він може ефективно видаляти домішки високої та-низької щільності та зазвичай використовується для виготовлення високоякісних{2}}злитків авіаційного титану та титанових заготовок.
2,Виготовлення формування: надання заготовці потрібної форми
Це основна ланка, яка відображає складність обробки титанового сплаву.
А. Пластичне формування
Звичайне кування:Після нагріву в повітряній печі його формують за допомогою кувального молота або преса. Легко створювати поверхневий оксидний шар (альфа-крихкий шар), який потрібно видалити пізніше.
Ізотермічне/гаряче кування:ключова технологія для точного кування титанових сплавів. Нагрійте форму до температури, подібної до температури заготовки (зазвичай 800-1000 градусів C) і сформуйте її під повільним тиском. Це значно зменшує стійкість до деформації, перепад температури та поверхневу реакцію, дозволяючи виробляти ковки, близькі до чистої форми, зі складними формами, високою точністю та розумним обтічним розподілом. Однак вартість та енергоспоживання форм (зазвичай виготовлених із суперсплавів на основі нікелю або сплавів на основі молібдену) надзвичайно високі.
Прокат:Виробництво плит, смуг, прутів, труб. Гаряча прокатка здійснюється в захисній атмосфері або покритті для запобігання окислення; Холодна прокатка потребує проміжного відпалу для усунення наклепу.
віджимання:Використовується для виготовлення профілів і труб. Після нагріву заготівлю її пресують через прес-форму під високим тиском. Щоб запобігти прилипанню форми та окисленню, потрібні мастила та захисні покриття для скла.
Суперпластичне формування (SPF):Використовуючи надпластичність (надзвичайно високе подовження) титанового сплаву за певної температури/швидкості та поєднуючи її з тиском повітря, щоб відповідати прес-формі, як видувне скло, складні тонкостінні компоненти можна сформувати за один раз. Часто поєднується з дифузійним з’єднанням (DB) для створення технології SPF/DB, яка використовується для виготовлення багато-шарових порожнистих структур для аерокосмічного застосування.
Б. Лиття
Вакуумне точне лиття: в основному проводиться у вакуумних дугових конденсаційних печах. Електрод плавиться в дузі під вакуумом і затікає в керамічну оболонку форми. Через реакцію між титаном і майже всіма формовочними матеріалами необхідно використовувати спеціальні вогнетривкі матеріали (наприклад, поверхневий шар оксиду ітрію).
Застосування: підходить для виготовлення статичних структурних компонентів із надзвичайно складною формою, які не вимагають значної механічної обробки, таких як корпуси двигунів, корпуси насосів і головки -м’ячів для гольфу високого класу.
C. Адитивне виробництво (3D-друк) - Революційна технологія
Безпосереднє використання порошку титанового сплаву або дротяного матеріалу шар за шаром для виготовлення суцільних деталей особливо підходить для складних конструкцій, легких конструкцій і невеликих серій.
Основні технології:
Лазерне селективне плавлення (SLM)/лазерне плавлення шару порошку (LPBF): У камері з інертною атмосферою порошок титанового сплаву на шарі порошку розплавляється точка за точкою за допомогою тонкого лазера. Висока точність і хороша якість поверхні.
Електронно-променеве плавлення (EBM): плавлення порошку за допомогою електронного променя у вакуумі. Швидкість формування висока, термічне напруження низьке, а характеристики деталей близькі до показників поковок, але поверхня відносно шорстка.
Переваги: Коефіцієнт використання матеріалу є надзвичайно високим (майже 100%), досягаючи структур оптимізації топології, таких як надзвичайно складні решітки, стільники та вбудовані порожнисті канали охолодження. Він незамінний в аерокосмічній галузі (легкі каркаси, леза з охолоджуючими каналами) і медицині (індивідуальні пористі кісткові імплантати).
3,Подальша обробка та транспортування
1) Механічна обробка:
Титановий сплав є типовим складним для обробки матеріалом через його погану теплопровідність (тепло накопичується на інструменті), високу хімічну спорідненість (легко реагує з матеріалом інструменту) і низький модуль пружності (легко спричинити інструмент і вібрацію).
Контрзахід: використовуйте верстати високої жорсткості, ріжучі інструменти зі спеціальним покриттям із твердого сплаву або PCD, низьку швидкість різання, велику швидкість подачі, високий-тиск і великий потік ріжучої рідини для достатнього охолодження.
Термічна обробка:
Відпал: усуває внутрішні напруги, стабілізує структуру, покращує пластичність. Це найбільш часто використовуваний метод термічної обробки.
Обробка розчином + старіння: використовується для + дво-фазних титанових сплавів (таких як Ti-6Al-4V), щоб отримати дисперсійне зміцнення та покращити міцність шляхом загартування та низькотемпературного старіння.
Обробка поверхні
Очищення: піскоструминна обробка та промивання кислотою (зазвичай із використанням HF-HNO ∝ змішаної кислоти) для видалення окалини та шару забруднення.
Зміцнення/функціоналізація: мікродугове оксидування (МАО) створює керамічні покриття для підвищення стійкості до зношування та корозії; Азотування/азотування покращує твердість поверхні; Анодування забарвлення та підвищення стійкості до корозії; Термічне напилення (наприклад, напилення WC Co) підвищує зносостійкість.
Технологія підключення:
Зварювання: його потрібно виконувати під -аргоном високої чистоти або під захистом від вакууму. Поширені методи включають зварювання в інертному газі вольфраму (GTAW/TIG), зварювання електронним променем (EBW) і лазерне зварювання (LBW). Перед зварюванням потрібна ретельна очистка.
Дифузійне з’єднання (DB): з’єднання атомів контактної поверхні шляхом взаємної дифузії під високою температурою та тиском, що використовується для виготовлення компонентів SPF/DB.
