1,Processament primari: des de mineral fins a billets processables
Aquest és l'enllaç més car de tota la cadena de la indústria del titani.
Producció de titani d'esponja (principalment mètode Kroll):
Converteix mineral de titani (rutil o ilmenita) en titani esponja (titani pur porós).
Procés: mineral de titani → Cloració a tetraclorur de titani (TiCl ₄) → Reducció tèrmica de magnesi (mètode Kroll) → Destil·lació al buit → Esponja de titani.
Característiques: El procés complex, el gran consum d'energia i la producció intermitent són una de les raons fonamentals de l'elevat preu dels aliatges de titani. Els mètodes d'electròlisi emergents, com el procés FFC Cambridge, tenen com a objectiu reduir el consum i els costos d'energia, però encara no s'han comercialitzat a gran escala.
2). Fusió:
Foneu l'esponja de titani, els elements d'aliatge i el material de retorn en lingots de composició uniforme sota protecció al buit o amb gas inert (argó).
Tecnologies principals:
Fusió d'arc consumible al buit (VAR): el mètode més habitual. L'elèctrode es fon per arc en una cambra de buit i es deixa caure en un gresol de coure refrigerat per aigua-per solidificar. Per garantir la puresa i la uniformitat, se solen dur a terme dos o tres processos de fusió.
Forn de fusió de llit fred (CHM): inclòs el forn de llit fred de feix d'electrons (EBCHM) i el forn de llit fred d'arc de plasma (PACHM). Pot eliminar eficaçment les impureses d'alta/baixa densitat-i s'utilitza habitualment en la preparació de lingots de titani de grau d'aviació d'alta gamma- i palanxes de titani.
2,Fabricació de conformació: donar forma a la bruta en la forma desitjada
Aquest és l'enllaç bàsic que reflecteix la dificultat del processament de l'aliatge de titani.
A. Formació plàstica
Forja convencional:Després de l'escalfament en un forn d'aire, es forma amb un martell o premsa de forja. Fàcil de generar capa d'òxid superficial (capa de fragilitat alfa), que cal eliminar més tard.
Forja isotèrmica / en calent:una tecnologia clau per a la forja de precisió d'aliatges de titani. Escalfeu el motlle a una temperatura similar a la del billet (normalment 800-1000 graus C) i formeu-lo a pressió lenta. Això redueix considerablement la resistència a la deformació, la caiguda de temperatura i la reacció de la superfície, permetent la producció de forjats de forma gairebé neta amb formes complexes, alta precisió i una distribució raonable. No obstant això, el cost i el consum energètic dels motlles (normalment fets de superaliatges basats en níquel o aliatges basats en molibdè) són extremadament elevats.
Enrotllament:Producció de plaques, tires, barres i canonades. La laminació en calent es realitza en una atmosfera protectora o recobriment per evitar l'oxidació; El laminat en fred requereix un recuit intermedi per eliminar l'enduriment per treball.
Espremer:S'utilitza per a la producció de perfils i canonades. Després d'escalfar la palangana, s'extrudeix a través d'un motlle a alta pressió. Els lubricants de vidre i els recobriments protectors són necessaris per evitar l'adhesió i l'oxidació del motlle.
Formació superplàstica (SPF):Mitjançant l'ús de la superplasticitat (allargament extremadament elevat) de l'aliatge de titani a una temperatura/velocitat específica i combinant-la amb la pressió de l'aire per adaptar-se al motlle com el vidre de bufat, es poden formar components complexos de paret-fina d'una sola vegada. Sovint es combina amb l'enllaç de difusió (DB) per formar tecnologia SPF/DB, utilitzada per a la fabricació d'estructures buides multi-capes per a aplicacions aeroespacials.
B. Càsting
Colada de precisió al buit: es realitza principalment en forns de condensació d'arc consumibles al buit. L'elèctrode es fon en un arc al buit i flueix a la carcassa del motlle ceràmic. A causa de la reacció entre el titani i gairebé tots els materials d'emmotllament, s'han d'utilitzar materials refractaris especials (com ara la capa superficial d'òxid d'itri).
Aplicació: apte per produir components estructurals estàtics amb formes extremadament complexes que no requereixen un mecanitzat extens, com ara carcassa de motor, cossos de bombes i capçals de pilota de golf-de gamma alta.
C. Fabricació additiva (impressió 3D) - Tecnologia revolucionària
L'ús directe de pols d'aliatge de titani o material de filferro capa per capa per fabricar peces sòlides és especialment adequat per a estructures complexes, disseny lleuger i personalització de lots petits.
Tecnologies principals:
Laser Selective Fusion (SLM)/Laser Powder Bed Fusion (LPBF): En una cambra d'atmosfera inert, la pols d'aliatge de titani al llit de pols es fon punt per punt mitjançant un làser fi. Alta precisió i bona qualitat superficial.
Fusió de feix d'electrons (EBM): pols de fusió amb un feix d'electrons en un entorn de buit. La velocitat de conformació és ràpida, la tensió tèrmica és baixa i el rendiment de les peces és proper al de les peces forjades, però la superfície és relativament rugosa.
Avantatges: La taxa d'utilització del material és extremadament alta (gairebé el 100%), aconseguint estructures d'optimització de topologia com ara gelosia extremadament complexa, bresca i canals de refrigeració buits integrats. És insubstituïble en l'àmbit aeroespacial (bastides lleugeres, fulles amb canals de refrigeració) i mèdic (implants ossis porosos personalitzats).
3,Tramitació i manipulació posterior
1) Mecanitzat:
L'aliatge de titani és un material típic de difícil mecanitzat a causa de la seva baixa conductivitat tèrmica (la calor s'acumula a l'eina), l'alta afinitat química (fàcil de reaccionar amb el material de l'eina) i el baix mòdul elàstic (fàcil de provocar l'eina i la vibració).
Contramesura: utilitzeu màquines-eina d'alta rigidesa, eines de tall d'aliatge dur o PCD especialment recobertes, baixa velocitat de tall, gran velocitat d'alimentació, alta-pressió i fluid de tall d'alt flux per a una refrigeració suficient.
Tractament tèrmic:
Recuit: elimina l'estrès intern, estabilitza l'estructura i millora la plasticitat. És el tractament tèrmic més utilitzat.
Tractament de la solució + envelliment: s'utilitza per a aliatges de titani de dues fases (com ara Ti-6Al-4V), per obtenir l'enfortiment de la dispersió i millorar la resistència mitjançant l'extinció i l'envelliment a baixa temperatura.
Tractament superficial
Neteja: neteja amb sorra i rentat àcid (normalment utilitzant HF-HNO ∝ àcid mixt) per eliminar l'escala d'òxid i la capa de contaminació.
Enfortiment/funcionalització: l'oxidació de micro arc (MAO) genera recobriments ceràmics per millorar la resistència al desgast i a la corrosió; La nitruració/nitruració millora la duresa superficial; Colorant anoditzat i millorant la resistència a la corrosió; La polvorització tèrmica (com ara la polvorització de WC Co) millora la resistència al desgast.
Tecnologia de connexió:
Soldadura: s'ha de dur a terme amb gas argó d'alta -puresa o amb protecció al buit. Els mètodes comuns inclouen la soldadura de gas inert de tungstè (GTAW/TIG), la soldadura per feix d'electrons (EBW) i la soldadura per làser (LBW). Es requereix una neteja estricta abans de soldar.
Enllaç de difusió (DB): connectant àtoms de superfície de contacte mitjançant difusió mútua a alta temperatura i pressió, utilitzat per a la fabricació de components SPF/DB.
