1,Birincil işleme: cevherden işlenebilir kütüğe
Bu, tüm titanyum endüstrisi zincirindeki en pahalı halkadır.
Sünger titanyum üretimi (temel olarak Kroll yöntemi):
Titanyum cevherini (rutil veya ilmenit) sünger titanyuma (gözenekli saf titanyum) dönüştürün.
İşlem: Titanyum cevheri → Titanyum tetraklorüre klorlama (TiCl ₄) → Magnezyum termal indirgeme (Kroll yöntemi) → Vakumlu damıtma → Sünger titanyum.
Özellikleri: Karmaşık süreç, büyük enerji tüketimi ve aralıklı üretim, titanyum alaşımlarının yüksek fiyatının temel nedenlerinden biridir. FFC Cambridge süreci gibi yeni ortaya çıkan elektroliz yöntemleri, enerji tüketimini ve maliyetleri azaltmayı amaçlamaktadır ancak henüz büyük ölçekte ticarileştirilmemiştir.
2). Erime:
Sünger titanyumu, alaşım elementlerini eritin ve malzemeyi vakum veya inert gaz (argon) koruması altında düzgün bir şekilde oluşturulmuş külçelere dönüştürün.
Ana teknolojiler:
Vakumlu sarf malzemesi ark eritme (VAR): en yaygın yöntem. Elektrot bir vakum odasında ark yoluyla eritilir ve katılaşması için suyla-soğutulmuş bir bakır potaya bırakılır. Saflık ve tekdüzeliği sağlamak için genellikle iki veya üç eritme işlemi gerçekleştirilir.
Soğuk yataklı fırın eritme (CHM): Elektron ışınlı soğuk yataklı fırın (EBCHM) ve plazma arklı soğuk yataklı fırın (PACHM) dahil. Yüksek/düşük{1}yoğunluktaki safsızlıkları etkili bir şekilde ortadan kaldırabilir ve yüksek-son teknolojiye sahip havacılık sınıfı titanyum külçelerin ve titanyum kütüklerin hazırlanmasında yaygın olarak kullanılır.
2,Üretimin şekillendirilmesi: işlenmemiş parçanın istenilen şekle getirilmesi
Bu, titanyum alaşımının işlenmesinin zorluğunu yansıtan çekirdek bağlantıdır.
A. Plastik Şekillendirme
Geleneksel dövme:Hava fırınında ısıtıldıktan sonra dövme çekici veya pres kullanılarak şekillendirilir. Daha sonra çıkarılması gereken yüzey oksit tabakasını (alfa kırılganlık tabakası) oluşturmak kolaydır.
İzotermal/sıcak kalıpta dövme:titanyum alaşımlarının hassas şekilde dövülmesi için önemli bir teknoloji. Kalıbı kütüğe benzer bir sıcaklığa (genellikle 800-1000 derece C) ısıtın ve yavaş basınç altında şekillendirin. Bu, deformasyon direncini, sıcaklık düşüşünü ve yüzey reaksiyonunu büyük ölçüde azaltarak karmaşık şekillere, yüksek hassasiyete ve makul düzene sahip dağılıma sahip net şekle yakın dövme parçaların üretilmesini sağlar. Ancak kalıpların (genellikle nikel bazlı süper alaşımlardan veya molibden bazlı alaşımlardan yapılan) maliyeti ve enerji tüketimi son derece yüksektir.
Yuvarlamak:Levha, şerit, çubuk ve boru üretimi. Sıcak haddeleme, oksidasyonu önlemek için koruyucu bir atmosferde veya kaplamada gerçekleştirilir; Soğuk haddeleme, iş sertleşmesini ortadan kaldırmak için ara tavlama gerektirir.
Sıkma:Profil ve boru üretiminde kullanılır. Kütük ısıtıldıktan sonra yüksek basınç altında bir kalıptan sıkılır. Kalıp yapışmasını ve oksidasyonu önlemek için cam yağlayıcıları ve koruyucu kaplamalar gereklidir.
Süperplastik Şekillendirme (SPF):Titanyum alaşımının belirli bir sıcaklıkta/hızda süper plastisitesinden (son derece yüksek uzama) yararlanılarak ve bunu cam üfleme gibi kalıba uyacak şekilde hava basıncıyla birleştirerek, karmaşık ince-duvarlı bileşenler tek seferde oluşturulabilir. Havacılık ve uzay uygulamalarına yönelik çok-katmanlı içi boş yapıların üretiminde kullanılan, SPF/DB teknolojisini oluşturmak için sıklıkla difüzyon bağlama (DB) ile birleştirilir.
B. Döküm
Vakumlu hassas döküm: esas olarak vakumlu sarf ark yoğunlaştırma fırınlarında gerçekleştirilir. Elektrot vakum altında bir ark halinde erir ve seramik kalıp kabuğuna akar. Titanyum ile hemen hemen tüm kalıp malzemeleri arasındaki reaksiyon nedeniyle özel refrakter malzemelerin (itriyum oksit yüzey tabakası gibi) kullanılması gerekir.
Uygulama: Motor gövdeleri, pompa gövdeleri ve üst düzey golf topu kafaları gibi kapsamlı işleme gerektirmeyen son derece karmaşık şekillere sahip statik yapısal bileşenlerin üretimi için uygundur.
C. Eklemeli Üretim (3D Baskı) - Devrimci Teknoloji
Katı parçaları üretmek için doğrudan titanyum alaşımı tozu veya tel malzemeyi katman katman kullanmak, özellikle karmaşık yapılar, hafif tasarım ve küçük parti kişiselleştirmesi için uygundur.
Ana teknolojiler:
Lazer Seçmeli Eritme (SLM)/Lazer Toz Yataklı Eritme (LPBF): İnert bir atmosfer odasında, toz yatağındaki titanyum alaşımı tozu, ince bir lazer kullanılarak nokta nokta eritilir. Yüksek hassasiyet ve iyi yüzey kalitesi.
Elektron Işınıyla Eritme (EBM): Tozun vakum ortamında elektron ışınıyla eritilmesi. Şekillendirme hızı hızlıdır, termal gerilim düşüktür ve parçaların performansı dövme parçalarınkine yakındır, ancak yüzey nispeten pürüzlüdür.
Avantajları: Malzeme kullanım oranı son derece yüksektir (neredeyse %100), son derece karmaşık kafes, petek ve entegre içi boş soğutma kanalları gibi topoloji optimizasyon yapılarına ulaşır. Havacılık (hafif iskeleler, soğutma kanallı bıçaklar) ve tıbbi (özel gözenekli kemik implantları) alanlarında yeri doldurulamaz.
3,Sonraki işleme ve işleme
1) İşleme:
Titanyum alaşımı, zayıf termal iletkenliği (alet üzerinde ısı birikir), yüksek kimyasal afinitesi (alet malzemesiyle kolayca reaksiyona girmesi) ve düşük elastik modülü (alet ve titreşime neden olması kolay) nedeniyle işlenmesi zor tipik bir malzemedir.
Karşı önlem: Yeterli soğutma için yüksek sertlikte takım tezgahları, özel kaplamalı sert alaşım veya PCD kesme takımları, düşük kesme hızı, büyük ilerleme hızı, yüksek-basınç ve yüksek akışlı kesme sıvısı kullanın.
Isıl işlem:
Tavlama: İç gerilimi ortadan kaldırır, yapıyı stabilize eder ve plastisiteyi geliştirir. En sık kullanılan ısıl işlemdir.
Çözelti işlemi+yaşlandırma: + iki-fazlı titanyum alaşımları (Ti-6Al-4V gibi) için kullanılır; böylece dispersiyon güçlendirmesi elde edilir ve su verme ve düşük sıcaklıkta yaşlandırma yoluyla mukavemet artar.
Yüzey İşlem
Temizleme: Oksit tabakasını ve kirlilik katmanını ortadan kaldırmak için kumlama ve asitle yıkama (genellikle HF-HNO ∝ karışık asit kullanılarak).
Güçlendirme/işlevselleştirme: Mikro ark oksidasyonu (MAO), aşınma ve korozyon direncini iyileştirmek için seramik kaplamalar üretir; Nitrasyon/nitrürleme yüzey sertliğini artırır; Eloksal renklendirme ve korozyon direncinin arttırılması; Termal püskürtme (WC Co püskürtme gibi) aşınma direncini artırır.
Bağlantı teknolojisi:
Kaynak: Yüksek-saflıkta argon gazı veya vakum koruması altında yapılması gerekir. Yaygın yöntemler arasında tungsten inert gaz kaynağı (GTAW/TIG), elektron ışın kaynağı (EBW) ve lazer kaynağı (LBW) bulunur. Kaynak yapmadan önce sıkı temizlik yapılması gerekir.
Difüzyon bağı (DB): SPF/DB bileşenlerinin üretiminde kullanılan, temas yüzeyi atomlarının yüksek sıcaklık ve basınç altında karşılıklı difüzyon yoluyla bağlanması.
