1,المعالجة الأولية: من الخام إلى الخام القابل للمعالجة
هذا هو الرابط الأغلى في سلسلة صناعة التيتانيوم بأكملها.
إنتاج التيتانيوم الإسفنجي (طريقة كرول بشكل أساسي):
تحويل خام التيتانيوم (الروتيل أو الإلمنيت) إلى تيتانيوم إسفنجي (تيتانيوم نقي مسامي).
العملية: خام التيتانيوم ← الكلورة إلى رابع كلوريد التيتانيوم (TiCl ₄) ← التخفيض الحراري للمغنيسيوم (طريقة كرول) ← التقطير الفراغي ← التيتانيوم الإسفنجي.
الخصائص: تعد العملية المعقدة والاستهلاك الهائل للطاقة والإنتاج المتقطع أحد الأسباب الأساسية لارتفاع أسعار سبائك التيتانيوم. تهدف طرق التحليل الكهربائي الناشئة، مثل عملية FFC Cambridge، إلى تقليل استهلاك الطاقة وتكاليفها، ولكن لم يتم تسويقها بعد على نطاق واسع.
2). ذوبان:
يذوب التيتانيوم الإسفنجي وعناصر السبائك والمواد المرتجعة إلى سبائك مركبة بشكل موحد تحت حماية الفراغ أو الغاز الخامل (الأرجون).
التقنيات الرئيسية:
ذوبان القوس المستهلك بالفراغ (VAR): الطريقة الأكثر شيوعًا. يتم صهر القطب الكهربائي بالقوس في حجرة مفرغة ويتم إسقاطه في بوتقة نحاسية مبردة بالماء - حتى يتصلب. ولضمان النقاء والتجانس، عادة ما يتم تنفيذ عمليتين أو ثلاث عمليات صهر.
ذوبان فرن الطبقة الباردة (CHM): بما في ذلك فرن الطبقة الباردة ذو الشعاع الإلكتروني (EBCHM) وفرن الطبقة الباردة بقوس البلازما (PACHM). يمكنه إزالة الشوائب ذات الكثافة العالية/المنخفضة- بشكل فعال ويستخدم بشكل شائع في تحضير سبائك التيتانيوم عالية الجودة وقضبان التيتانيوم.
2,تصنيع التشكيل: تشكيل الفراغ بالشكل المطلوب
هذا هو الرابط الأساسي الذي يعكس صعوبة معالجة سبائك التيتانيوم.
أ. تشكيل البلاستيك
تزوير التقليدية:بعد التسخين في فرن الهواء، يتم تشكيله باستخدام مطرقة أو مكبس. من السهل توليد طبقة أكسيد سطحية (طبقة تقصف ألفا)، والتي يجب إزالتها لاحقًا.
متساوي الحرارة / تزوير القالب الساخن:تقنية رئيسية للتزوير الدقيق لسبائك التيتانيوم. قم بتسخين القالب إلى درجة حرارة مشابهة للبيليت (عادة 800-1000 درجة مئوية) وشكله تحت ضغط بطيء. هذا يقلل بشكل كبير من مقاومة التشوه، انخفاض درجة الحرارة، وتفاعل السطح، مما يتيح إنتاج المطروقات على شكل شبكي قريب بأشكال معقدة، دقة عالية، وتوزيع انسيابي معقول. ومع ذلك، فإن تكلفة واستهلاك الطاقة للقوالب (المصنوعة عادة من السبائك الفائقة القائمة على النيكل أو السبائك القائمة على الموليبدينوم) مرتفعة للغاية.
المتداول:إنتاج الألواح والشرائط والقضبان والأنابيب. يتم تنفيذ الدرفلة على الساخن في جو أو طلاء وقائي لمنع الأكسدة. يتطلب الدرفلة على البارد التلدين المتوسط للتخلص من تصلب العمل.
الضغط:تستخدم لإنتاج الملامح والأنابيب. بعد تسخين البليت، يتم بثقه من خلال قالب تحت ضغط عالٍ. مطلوب مواد تشحيم زجاجية وطلاءات واقية لمنع التصاق العفن والأكسدة.
تشكيل البلاستيك الفائق (SPF):من خلال الاستفادة من اللدونة الفائقة (الاستطالة العالية جدًا) لسبائك التيتانيوم عند درجة حرارة/معدل محدد ودمجها مع ضغط الهواء لملاءمة القالب مثل نفخ الزجاج، يمكن تشكيل مكونات معقدة ذات جدران رقيقة-بدفعة واحدة. غالبًا ما يتم دمجها مع روابط الانتشار (DB) لتكوين تقنية SPF/DB، المستخدمة لتصنيع الهياكل المجوفة متعددة الطبقات - لتطبيقات الفضاء الجوي.
ب- الصب
الصب الدقيق بالفراغ: يتم إجراؤه بشكل رئيسي في أفران تكثيف القوس الفراغي المستهلك. يذوب القطب الكهربائي في قوس تحت الفراغ ويتدفق إلى غلاف القالب الخزفي. بسبب التفاعل بين التيتانيوم وجميع مواد القولبة تقريبًا، يجب استخدام مواد حرارية خاصة (مثل الطبقة السطحية لأكسيد الإيتريوم).
التطبيق: مناسب لإنتاج المكونات الهيكلية الثابتة ذات الأشكال المعقدة للغاية والتي لا تتطلب عمليات تصنيع مكثفة، مثل أغلفة المحرك وأجسام المضخات ورؤوس كرات الجولف عالية الجودة.
ج. التصنيع الإضافي (الطباعة ثلاثية الأبعاد) - التكنولوجيا الثورية
يعد الاستخدام المباشر لمسحوق سبائك التيتانيوم أو مادة الأسلاك طبقة تلو الأخرى لتصنيع الأجزاء الصلبة مناسبًا بشكل خاص للهياكل المعقدة والتصميم خفيف الوزن وتخصيص الدفعات الصغيرة.
التقنيات الرئيسية:
الذوبان الانتقائي بالليزر (SLM)/الذوبان في طبقة المسحوق بالليزر (LPBF): في غرفة جو خاملة، يتم إذابة مسحوق سبائك التيتانيوم الموجود على طبقة المسحوق نقطة تلو الأخرى باستخدام ليزر ناعم. دقة عالية وجودة سطح جيدة.
ذوبان شعاع الإلكترون (EBM): ذوبان المسحوق بشعاع الإلكترون في بيئة مفرغة. سرعة التشكيل سريعة، والضغط الحراري منخفض، وأداء الأجزاء قريب من أداء المطروقات، ولكن السطح خشن نسبيًا.
المزايا: معدل استخدام المواد مرتفع للغاية (حوالي 100%)، مما يؤدي إلى تحقيق هياكل تحسين الهيكل مثل الشبكة المعقدة للغاية، وقرص العسل، وقنوات التبريد المجوفة المتكاملة. لا يمكن الاستغناء عنه في مجالات الطيران (السقالات خفيفة الوزن، والشفرات مع قنوات التبريد) والطبية (زراعة العظام المسامية المخصصة).
3,المعالجة اللاحقة والتعامل معها
1) بالقطع:
تعتبر سبائك التيتانيوم مادة نموذجية يصعب تصنيعها بسبب ضعف التوصيل الحراري (تتراكم الحرارة على الأداة)، والتقارب الكيميائي العالي (سهل التفاعل مع مادة الأداة)، ومعامل المرونة المنخفض (من السهل التسبب في الأداة والاهتزاز).
الإجراء المضاد: استخدم أدوات آلية عالية الصلابة، وأدوات قطع من السبائك الصلبة المطلية خصيصًا أو PCD، وسرعة قطع منخفضة، ومعدل تغذية كبير، وضغطًا عاليًا، وسائل قطع عالي التدفق للحصول على تبريد كافٍ.
المعالجة الحرارية:
التلدين: يزيل الإجهاد الداخلي، ويثبت الهيكل، ويحسن اللدونة. إنها المعالجة الحرارية الأكثر استخدامًا.
معالجة المحلول + التعتيق: يستخدم لسبائك التيتانيوم + مرحلتين - (مثل Ti-6Al-4V)، للحصول على تقوية التشتت وتحسين القوة من خلال التبريد والتعمير بدرجة حرارة منخفضة.
المعالجة السطحية
التنظيف: السفع الرملي والغسيل بالأحماض (عادةً ما يستخدم HF-HNO ∝ حمض مختلط) لإزالة مقياس الأكسيد وطبقة التلوث.
التعزيز/التشغيل: تعمل أكسدة القوس الدقيق (MAO) على توليد طبقات من السيراميك لتحسين مقاومة التآكل والتآكل؛ تعمل النيترة/النيترة على تحسين صلابة السطح؛ أنودة التلوين وتحسين مقاومة التآكل؛ يعمل الرش الحراري (مثل رش WC Co) على تحسين مقاومة التآكل.
تكنولوجيا الاتصال:
اللحام: يجب أن يتم تنفيذه تحت-غاز الأرجون عالي النقاء أو حماية من الفراغ. تشمل الطرق الشائعة لحام غاز التنغستن الخامل (GTAW/TIG)، واللحام بشعاع الإلكترون (EBW)، واللحام بالليزر (LBW). مطلوب تنظيف صارم قبل اللحام.
رابطة الانتشار (DB): ربط ذرات سطح التلامس من خلال الانتشار المتبادل تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين، وتستخدم لتصنيع مكونات SPF/DB.
