แท่งไทเทเนียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. สามารถรองรับน้ำหนักได้ 30 ตัน และยังทำหน้าที่เป็นขดลวดหัวใจในร่างกายมนุษย์เป็นเวลา 20 ปี ประสิทธิภาพ "รอบด้าน" ของวัสดุนี้ได้รับการสนับสนุนจากกระบวนการผลิตที่เข้มงวดอย่างยิ่ง ตั้งแต่วัตถุดิบไปจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป การเบี่ยงเบนใดๆ 0.1% อาจทำให้ผลิตภัณฑ์ทั้งชุดใช้ไม่ได้ หกขั้นตอนต่อไปนี้ถือเป็นเส้น "สร้าง-หรือ-เส้นแบ่ง" ในการผลิตแท่งไทเทเนียม
1. การเลือกวัตถุดิบที่เหมาะสม: "ยีน" แห่งประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพของแท่งไทเทเนียมถูกล็อคไว้ตั้งแต่ขั้นตอนวัตถุดิบ
การบินและอวกาศ: Ti-6Al-4V (GR5) มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยให้ความแข็งแกร่งและความเหนียวระดับ 900 MPa สมดุลกัน
การปลูกถ่ายทางการแพทย์: ปริมาณสิ่งเจือปนต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด สำหรับสิ่งสกปรกที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 1 ppm ความเสี่ยงที่จะถูกปฏิเสธจะเพิ่มขึ้น 10%
เมื่อเตรียมส่วนผสม ควรชั่งน้ำหนักฟองน้ำไทเทเนียมและอะลูมิเนียม-วานาเดียมมาสเตอร์อัลลอยด์ด้วยความแม่นยำระดับมิลลิกรัม- เพื่อหลีกเลี่ยงความผันผวนของธาตุรองที่อาจนำไปสู่โครงสร้างจุลภาคที่ไม่สามารถควบคุมได้ในระยะต่อมา
2. การหลอมละลาย: "การเล่นแร่แปรธาตุ" ในสุญญากาศ
ไทเทเนียมจะ "กลืน" ออกซิเจนและไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,500 องศา และจะเปราะทันที ดังนั้น กระบวนการถลุงจะต้องดำเนินการในเตาหลอมอาร์กรีเมลติ้งแบบสุญญากาศ (VAR) หรือเตาหลอมเตาเย็นแบบลำแสงอิเล็กตรอน (EBCHM)
• VAR: โดยการหลอมอิเล็กโทรดที่อัดแน่นไว้ทีละชั้น เช่น "การพิมพ์ 3 มิติ" จะทำให้ได้แท่งโลหะที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.995%
EBCHM: ด้วยการใช้การสแกนลำแสงอิเล็กตรอน การรวมที่มีความหนาแน่นสูง- เช่น ทังสเตนและโมลิบดีนัม จึงสามารถระเหยได้โดยตรง แท่งไทเทเนียมเกรดโรเตอร์การบิน-ต้องผ่านการหลอมใหม่สองครั้ง
หลังจากการถลุงหนึ่งครั้ง จะต้องเก็บตัวอย่างเพื่อเปรียบเทียบสเปกตรัม หากการแยกส่วนประกอบมากกว่า 0.3% เตาเผาทั้งหมดจะถูกทิ้งเป็นเศษซาก
3. การประมวลผลทางกลความร้อน: การตี "จาน" ให้เป็นเส้นเอ็นและกระดูก
แท่งไทเทเนียมจะถูกทำให้ร้อนก่อนถึงจุดเปลี่ยนเฟส (ประมาณ 995 องศา ) จากนั้นจึงทำให้เสียและดึงซ้ำๆ ในบริเวณเฟส +2-
เมื่ออัตราส่วนการตีขึ้นรูปมากกว่าหรือเท่ากับ 3:1 เท่านั้นจึงจะสามารถกระชับรูขุมขนขนาดเล็กภายใน-ได้
การเสียรูปแต่ละรอบควรได้รับการควบคุมภายใน 20% ถึง 40% หากเร็วเกินไปจะทำให้เกิดการฉีกขาด ถ้ามันช้าเกินไป เมล็ดจะหยาบ.
ต่อจากนั้น นำไปรีดร้อน-เป็นเหล็กแท่ง โดยต้องมีข้อผิดพลาดด้านอุณหภูมิ ±5 องศา มิฉะนั้น ประสิทธิภาพที่แตกต่างกันระหว่างส่วนหน้าและด้านหลังของแถบเดียวกันอาจสูงถึง 15%
4. การอบชุบด้วยความร้อน: "การปรับ-แบบละเอียด" ของโครงสร้างจุลภาค
การหลอมให้เป็นเนื้อเดียวกัน: 850 องศา /2 ชม. เพื่อกำจัดการแยกองค์ประกอบ
การบำบัดและการชะลอวัยของสารละลาย: การชุบน้ำ 940 องศา + 540 องศาการบ่มเป็นเวลา 4 ชั่วโมง ทำให้อัตราส่วนเฟส + อยู่ที่ 80:20 และความแข็งแกร่งจะเพิ่มขึ้นอีก 12%
5. การรักษาพื้นผิว: การหุ้มแท่งไทเทเนียม
• การดอง: สารละลายผสมของ HF และ HNO₃ จะกำจัดตะกรันออกไซด์ โดยเผยให้เห็นฐานสีขาวสีเงิน-
การขัดผิวแบบ Shot Peening: การขัดผิวด้วยเหล็กขนาด 0.3 มม. กระแทกพื้นผิวที่ 60 ม./วินาที ทำให้เกิดความเค้นอัดที่ระดับ 200 MPa และยืดอายุความล้าได้ 50%
การขัดเงาด้วยไฟฟ้า: แท่งไทเทเนียมทางการแพทย์ผ่านการขัดด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ได้ความหยาบของพื้นผิว Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.1 μm ซึ่งช่วยลดการยึดเกาะของแบคทีเรียได้ถึง 80%
ออกซิเดชันขั้วบวก: ฟิล์มออกไซด์ 2 μm ถูกสร้างขึ้น ซึ่งไม่เพียงแต่ทนทานต่อการกัดกร่อน-แต่ยังสามารถทำสีได้อีกด้วย
6. การตรวจจับ: หน้าจอมีความเสี่ยงจนถึง "ศูนย์"
• องค์ประกอบทางเคมี: แต่ละแท่งได้รับการตรวจสอบด้วยสเปกโตรมิเตอร์ หากค่าเบี่ยงเบนองค์ประกอบเกิน 0.01% จะถูกยกเลิก
คุณสมบัติทางกล: การสุ่มตัวอย่างสำหรับการทดสอบแรงดึง หากการยืดตัวที่จุดขาดน้อยกว่า 10% จะถูกส่งกลับทั้งชุด
การทดสอบแบบไม่ทำลาย-:
- การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT): ตรวจพบการเจือปนและข้อบกพร่องภายในแท่งไทเทเนียมที่มีขนาดใหญ่กว่า Ф0.8 มม.
- Eddy Current ET: ตรวจจับรอยแตกบนพื้นผิวที่ความลึก 0.05 มม.
โครงสร้างจุลภาค: ตรวจสอบขนาดและการกระจายตัวของเกรนภายใต้กล้องจุลทรรศน์ทางโลหะวิทยา
บทสรุป
การผลิตแท่งไทเทเนียมเป็นการต่อสู้กับ "ข้อบกพร่องระดับไมครอน-" ตั้งแต่การควบคุมสิ่งเจือปนที่ระดับ ppm ไปจนถึงความหยาบของพื้นผิว 1 μm ทุกขั้นตอนท้าทายขีดจำกัดทางกายภาพ ในอนาคต การพิมพ์ 3 มิติและการสร้างรูปร่างที่ใกล้เคียง-สุทธิ-อาจทำให้กระบวนการสั้นลง แต่การแสวงหา "ประสิทธิภาพสูงสุด" จะไม่มีวันลดลง
