10 mm läbimõõduga titaanvarras suudab taluda 30-tonnist koormust ning toimib ka 20 aastat inimkehas südamestendina. Selle materjali „kõiki{4}} toimivus põhineb äärmiselt rangel tootmisprotsessil. Alates toorainest kuni valmistoodeteni võib 0,1% kõrvalekalle muuta kogu tootepartii kasutuskõlbmatuks. Järgmised kuus etappi moodustavad titaanvarraste valmistamise liini "make{8}}or-break".
1. Õigete toorainete valimine: jõudluse "geenid".
Titaanvarraste jõudlus on lukustatud alates tooraine etapist.
Lennundus: Ti-6Al-4V (GR5) on laialdaselt kasutusel, tasakaalustades 900 MPa tugevust ja sitkust.
Meditsiinilised implantaadid: lisandite sisaldust tuleb rangelt kontrollida. Iga lisandite sisalduse 1 ppm suurenemise korral suureneb tagasilükkamise oht 10%.
Koostisosade valmistamisel tuleks ka titaani ja alumiinium{0}}vanaadiumi põhisulamit kaaluda milligrammi{1}}täpsusega, et vältida mikroelementide kõikumisi, mis võivad hilisemas etapis viia kontrollimatu mikrostruktuurini.
2. Sulamine: "Alkeemiseerimine" vaakumis
Titaan "neelab" hapnikku ja lämmastikku temperatuuril üle 1500 kraadi ning muutub koheselt rabedaks. Seetõttu tuleb sulatusprotsess läbi viia vaakumkaarümbersulatusahjus (VAR) või elektronkiirega külmkoldes (EBCHM).
• VAR: Tihendatud elektroodide kihthaaval sulatamisel nagu "3D-printimine", on võimalik saada valuplokke, mille puhtus on üle 99,995%.
EBCHM: elektronkiire skaneerimise abil saab suure{0}tihedusega inklusioone, nagu volfram ja molübdeen, otse aurustada. Aviation rootori{2}}klassi titaanvardad tuleb kaks korda ümber sulatada.
Pärast ühte sulatamist tuleb spektraalvõrdluseks võtta proove. Kui komponentide segregatsioon on suurem kui 0,3%, lammutatakse kogu ahi.
3. Termomehaaniline töötlemine: "ketta" sepistamine kõõlusteks ja luudeks
Titaani valuplokk kuumutatakse esmalt faasisiirdepunktini (umbes 995 kraadi) ning seejärel rikutakse korduvalt ja tõmmatakse + kaks -faasi piirkonda.
Ainult siis, kui sepistamissuhe on suurem või võrdne 3:1, saab sisemisi mikro{2}poore tihendada.
Iga läbimise deformatsiooni tuleks kontrollida vahemikus 20–40%. Kui see on liiga kiire, põhjustab see rebenemist; kui see on liiga aeglane, on terad jämedad.
Seejärel rullitakse see kuumalt-toorikuteks, temperatuurivea nõue on ±5 kraadi. Vastasel juhul võib sama riba esi- ja tagaosa jõudluse erinevus ulatuda 15% -ni.
4. Kuumtöötlus: mikrostruktuuri "peenhäälestus".
Homogeniseeriv lõõmutamine: 850 kraadi /2 h, et kõrvaldada koostise segregatsioon;
Lahuse töötlemine ja vanandamine: 940-kraadine veekarastamine + 540-kraadine vanandamine 4 tunni jooksul, mis võimaldab + faaside suhtel jõuda 80:20-ni ja tugevust saab veelgi suurendada 12%.
5. Pinnatöötlus: titaanvarraste armoreerimine
• Marineerimine: HF ja HNO₃ segalahus eemaldab oksiidikatlakivi, paljastades hõbe{0}}valge aluse.
Haaveldus: 0,3 mm terashaavlid löövad pinda kiirusel 60 m/s, tekitades survepinge 200 MPa tasemel ja pikendades väsimuse eluiga 50%.
Elektrolüütiline poleerimine: Meditsiinilised titaanvardad läbivad elektrolüütilise poleerimise, et saavutada pinnakaredus Ra, mis on väiksem või võrdne 0,1 μm, mis vähendab bakterite adhesiooni 80%.
Anoodne oksüdatsioon: moodustub 2 μm oksiidkile, mis pole mitte ainult korrosioonikindel, vaid ka värvitav.
6. Tuvastamine: ekraaniriskid langevad nullini
• Keemiline koostis: iga varda kontrollitakse spektromeetriga. Kui elementaarhälve ületab 0,01%, see jäetakse maha.
Mehaanilised omadused: Juhuslik proovide võtmine tõmbekatse jaoks, kui katkestuspikenemine on alla 10%, tagastatakse kogu partii.
Mittepurustav testimine:
- Ultraheli testimine (UT): tuvastati titaanvarraste kandmised ja defektid, mis on suuremad kui Ф0,8 mm.
- Pöörisvoolu ET: tuvastab 0,05 mm sügavused pinnapraod;
Mikrostruktuur: uurige metallograafilise mikroskoobi all tera suurust ja jaotust.
Järeldus
Titaanvarraste tootmine on võitlus "mikron{0}}taseme defektide vastu". Alates lisandite kontrollist ppm tasemel kuni pinna kareduseni 1 μm seab iga samm kahtluse alla füüsikalised piirid. Tulevikus võivad 3D-printimine ja peaaegu -võrgukujude{6}}kujundamine protsessi lühendada, kuid "ülima jõudluse" poole püüdlemist ei ohustata kunagi.
