1,Primär bearbetning: från malm till bearbetningsbart ämne
Detta är den dyraste länken i hela titanindustrins kedja.
Produktion av svamptitan (främst Kroll-metoden):
Konvertera titanmalm (rutil eller ilmenit) till svamptitan (poröst rent titan).
Process: Titanmalm → Klorering till titantetraklorid (TiCl ₄) → Magnesium termisk reduktion (Kroll-metoden) → Vakuumdestillation → Svamptitan.
Egenskaper: Den komplexa processen, den enorma energiförbrukningen och den intermittenta produktionen är en av de grundläggande orsakerna till det höga priset på titanlegeringar. Nya elektrolysmetoder, såsom FFC Cambridge-processen, syftar till att minska energiförbrukningen och kostnaderna, men har ännu inte kommersialiserats i stor skala.
2). Smältande:
Smält svamptitan, legeringselement och återför material till enhetligt sammansatta göt under vakuum eller inert gas (argon) skydd.
Huvudteknik:
Vacuum consumable arc melting (VAR): den mest vanliga metoden. Elektroden smälts med båge i en vakuumkammare och släpps ned i en vattenkyld koppardegel för att stelna. För att säkerställa renhet och enhetlighet utförs vanligtvis två eller tre smältprocesser.
Kallbäddsugnssmältning (CHM): inklusive elektronstrålekallbäddsugn (EBCHM) och plasmabågsugn för kallbädd (PACHM). Det kan effektivt ta bort föroreningar med hög/låg-densitet och används ofta vid framställning av hög-titangöt av flygkvalitet och titanämnen.
2,Formningstillverkning: forma ämnet till önskad form
Detta är kärnlänken som återspeglar svårigheten med titanlegeringsbearbetning.
A. Plastformning
Konventionell smide:Efter uppvärmning i en luftugn formas den med en smideshammare eller press. Lätt att generera ytoxidskikt (alfaförsprödningsskikt), som behöver tas bort senare.
Isotermisk/varm formsmidning:en nyckelteknologi för precisionssmidning av titanlegeringar. Värm formen till en temperatur som liknar ämnet (vanligtvis 800-1000 grader C) och forma den under långsamt tryck. Detta minskar avsevärt deformationsmotstånd, temperaturfall och ytreaktion, vilket möjliggör tillverkning av smide i nästan nettoform med komplexa former, hög precision och rimlig strömlinjefördelning. Dock är kostnaden och energiförbrukningen för formar (vanligen gjorda av nickelbaserade superlegeringar eller molybdenbaserade legeringar) extremt hög.
Rullande:Tillverkning av plattor, remsor, stänger och rör. Varmvalsning utförs i en skyddande atmosfär eller beläggning för att förhindra oxidation; Kallvalsning kräver mellanglödgning för att eliminera arbetshärdning.
Klämning:Används för att tillverka profiler och rör. Efter uppvärmning av ämnet extruderas det genom en form under högt tryck. Glassmörjmedel och skyddande beläggningar krävs för att förhindra att mögel fastnar och oxiderar.
Superplastisk formning (SPF):Genom att använda superplasticiteten (extremt hög töjning) hos titanlegeringen vid en specifik temperatur/hastighet och kombinera den med lufttryck för att passa formen som blåsande glas, kan komplexa tunna-väggiga komponenter bildas på en gång. Kombineras ofta med diffusionsbindning (DB) för att bilda SPF/DB-teknik, som används för tillverkning av ihåliga flerskiktsstrukturer för flygtillämpningar.
B. Gjutning
Vakuumprecisionsgjutning: utförs huvudsakligen i vakuumförbrukbara ljusbågskondensugnar. Elektroden smälter i en båge under vakuum och rinner in i det keramiska formskalet. På grund av reaktionen mellan titan och nästan alla formningsmaterial måste speciella eldfasta material (som yttriumoxidytskikt) användas.
Användning: Lämplig för att producera statiska strukturella komponenter med extremt komplexa former som inte kräver omfattande bearbetning, såsom motorkåpor, pumpkroppar och-avancerade golfbollshuvuden.
C. Additiv tillverkning (3D-utskrift) - Revolutionerande teknik
Att direkt använda titanlegeringspulver eller trådmaterial lager för lager för att tillverka fasta delar är särskilt lämpligt för komplexa strukturer, lätt design och anpassning av små partier.
Huvudteknik:
Laserselektiv smältning (SLM)/laserpulverbäddsmältning (LPBF): I en kammare med inert atmosfär smälts titanlegeringspulver på pulverbädden punkt för punkt med hjälp av en fin laser. Hög precision och bra ytkvalitet.
Elektronstrålesmältning (EBM): Smältande pulver med en elektronstråle i vakuummiljö. Formningshastigheten är snabb, den termiska spänningen är låg och delarnas prestanda är nära den för smide, men ytan är relativt grov.
Fördelar: Materialutnyttjandegraden är extremt hög (nästan 100%), vilket uppnår topologioptimeringsstrukturer som extremt komplext gitter, honungskaka och integrerade ihåliga kylkanaler. Det är oersättligt inom flyg- och rymdområdet (lättviktsställningar, blad med kylkanaler) och medicinska (anpassade porösa benimplantat).
3,Efterföljande bearbetning och hantering
1) Bearbetning:
Titanlegering är ett typiskt svårbearbetat material på grund av dess dåliga värmeledningsförmåga (värme ackumuleras på verktyget), höga kemiska affinitet (lätt att reagera med verktygsmaterialet) och låga elasticitetsmodul (lätt att orsaka verktyg och vibrationer).
Motåtgärd: Använd verktygsmaskiner med hög styvhet, specialbelagda skärverktyg av hårdlegering eller PCD, låg skärhastighet, hög matningshastighet, högt-tryck och högflödesskärvätska för tillräcklig kylning.
Värmebehandling:
Glödgning: eliminerar inre stress, stabiliserar strukturen och förbättrar plasticiteten. Det är den mest använda värmebehandlingen.
Lösningsbehandling+åldrande: används för + två-tianlegeringar (som Ti-6Al-4V), för att erhålla dispersionsförstärkning och förbättra styrkan genom härdning och lågtemperaturåldring.
Ytbehandling
Rengöring: Sandblästring och syratvätt (brukar vanligtvis HF-HNO ∝ blandad syra) för att avlägsna oxidskal och föroreningsskikt.
Förstärkning/funktionalisering: Mikrobågsoxidation (MAO) genererar keramiska beläggningar för att förbättra slitage- och korrosionsbeständigheten; Nitrering/nitrering förbättrar ythårdheten; Anodiserande färgning och förbättrad korrosionsbeständighet; Termisk sprutning (som sprutning av WC Co) förbättrar slitstyrkan.
Anslutningsteknik:
Svetsning: Det måste utföras under hög-argongas eller vakuumskydd. Vanliga metoder inkluderar volfram inert gassvetsning (GTAW/TIG), elektronstrålesvetsning (EBW) och lasersvetsning (LBW). Strikt rengöring krävs före svetsning.
Diffusionsbindning (DB): Förbinder kontaktytatomer genom ömsesidig diffusion under hög temperatur och tryck, används för tillverkning av SPF/DB-komponenter.
