1,การประมวลผลหลัก: จากแร่ไปจนถึงเหล็กแท่งที่แปรรูปได้
นี่คือลิงค์ที่แพงที่สุดในห่วงโซ่อุตสาหกรรมไทเทเนียมทั้งหมด
การผลิตฟองน้ำไทเทเนียม (วิธี Kroll เป็นหลัก):
แปลงแร่ไทเทเนียม (รูไทล์หรืออิลเมไนต์) ให้เป็นฟองน้ำไทเทเนียม (ไทเทเนียมบริสุทธิ์ที่มีรูพรุน)
กระบวนการ: แร่ไทเทเนียม → การคลอรีนเป็นไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ (TiCl ₄) → การลดความร้อนของแมกนีเซียม (วิธี Kroll) → การกลั่นด้วยสุญญากาศ → ฟองน้ำไทเทเนียม
ลักษณะเฉพาะ: กระบวนการที่ซับซ้อน การใช้พลังงานมหาศาล และการผลิตที่ไม่ต่อเนื่องเป็นหนึ่งในเหตุผลพื้นฐานที่ทำให้โลหะผสมไทเทเนียมมีราคาสูง วิธีการอิเล็กโทรลิซิสที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น กระบวนการ FFC Cambridge มีเป้าหมายเพื่อลดการใช้พลังงานและต้นทุน แต่ยังไม่มีการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในวงกว้าง
2). ละลาย:
ละลายฟองน้ำไทเทเนียม ส่วนประกอบโลหะผสม และคืนวัสดุให้เป็นแท่งโลหะที่มีส่วนประกอบสม่ำเสมอภายใต้การป้องกันสุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน)
เทคโนโลยีหลัก:
การหลอมอาร์คสิ้นเปลืองสุญญากาศ (VAR): วิธีการกระแสหลักที่สุด อิเล็กโทรดถูกหลอมด้วยส่วนโค้งในห้องสุญญากาศและปล่อยลงในเบ้าหลอมทองแดง-ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำเพื่อแข็งตัว เพื่อให้มั่นใจถึงความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอ โดยปกติแล้วจะมีกระบวนการหลอมสองหรือสามกระบวนการ
การหลอมเตาหลอมแบบเตียงเย็น (CHM): รวมถึงเตาเผาแบบเย็นแบบลำแสงอิเล็กตรอน (EBCHM) และเตาแบบเย็นแบบพลาสมาอาร์ก (PACHM) สามารถขจัดสิ่งเจือปนที่มีความหนาแน่นสูง/ต่ำ-ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมักใช้ในการเตรียมแท่งไทเทเนียมเกรดการบินระดับสูงและแท่งไทเทเนียม
2,การผลิตขึ้นรูป: ขึ้นรูปชิ้นงานให้เป็นรูปทรงที่ต้องการ
นี่คือจุดเชื่อมต่อหลักที่สะท้อนถึงความยากของการแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียม
ก. การขึ้นรูปพลาสติก
การปลอมแบบธรรมดา:หลังจากให้ความร้อนในเตาลมแล้ว จะขึ้นรูปโดยใช้ค้อนหรือเครื่องอัดขึ้นรูป ง่ายต่อการสร้างชั้นผิวออกไซด์ (ชั้นอัลฟ่าเอ็มบริทเทิลเมนต์) ซึ่งจะต้องกำจัดออกในภายหลัง
การตีขึ้นรูปด้วยอุณหภูมิความร้อน/ร้อน:เทคโนโลยีหลักสำหรับการตีโลหะผสมไทเทเนียมอย่างแม่นยำ อุ่นแม่พิมพ์ให้มีอุณหภูมิใกล้เคียงกับบิลเล็ต (ปกติคือ 800-1,000 องศาเซลเซียส) และขึ้นรูปด้วยแรงดันช้าๆ สิ่งนี้จะช่วยลดความต้านทานการเสียรูป อุณหภูมิลดลง และปฏิกิริยาของพื้นผิวได้อย่างมาก ทำให้สามารถผลิตการตีขึ้นรูปที่มีรูปร่างใกล้เคียงตาข่ายด้วยรูปทรงที่ซับซ้อน ความแม่นยำสูง และการกระจายตัวที่คล่องตัวที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม ต้นทุนและการใช้พลังงานของแม่พิมพ์ (โดยทั่วไปทำจากซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลหรือโลหะผสมที่มีโมลิบดีนัม) นั้นสูงมาก
กลิ้ง:การผลิตแผ่น แผ่นแถบ ท่อน และท่อ การรีดร้อนจะดำเนินการในบรรยากาศการป้องกันหรือการเคลือบเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน การรีดเย็นต้องใช้การอบอ่อนปานกลางเพื่อขจัดปัญหาการแข็งตัวของงาน
การบีบ:ใช้สำหรับผลิตโปรไฟล์และท่อ หลังจากให้ความร้อนกับเหล็กแท่งแล้ว มันจะถูกอัดผ่านแม่พิมพ์ภายใต้แรงดันสูง จำเป็นต้องใช้สารหล่อลื่นแก้วและสารเคลือบป้องกันเพื่อป้องกันการเกาะติดของเชื้อราและการเกิดออกซิเดชัน
การขึ้นรูปซุปเปอร์พลาสติก (SPF):ด้วยการใช้ความเป็นพลาสติกยิ่งยวด (การยืดตัวที่สูงมาก) ของโลหะผสมไททาเนียมที่อุณหภูมิ/อัตราที่กำหนด แล้วรวมกับความดันอากาศเพื่อให้พอดีกับแม่พิมพ์ เช่น แก้วเป่า ส่วนประกอบที่มีผนังบาง-ที่ซับซ้อนจึงสามารถเกิดขึ้นได้ในครั้งเดียว มักใช้ร่วมกับการเชื่อมแบบแพร่ (DB) เพื่อสร้างเทคโนโลยี SPF/DB ซึ่งใช้ในการผลิตโครงสร้างกลวงหลาย-ชั้นสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ
ข. การหล่อ
การหล่อที่แม่นยำด้วยสุญญากาศ: ส่วนใหญ่ดำเนินการในเตาควบแน่นอาร์คที่ใช้วัสดุสิ้นเปลืองสุญญากาศ อิเล็กโทรดจะละลายเป็นส่วนโค้งภายใต้สุญญากาศ และไหลลงสู่เปลือกแม่พิมพ์เซรามิก เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างไททาเนียมกับวัสดุขึ้นรูปเกือบทั้งหมด จึงต้องใช้วัสดุทนไฟพิเศษ (เช่น ชั้นผิวอิตเทรียมออกไซด์)
การใช้งาน: เหมาะสำหรับการผลิตส่วนประกอบโครงสร้างคงที่ที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนมากซึ่งไม่ต้องการการตัดเฉือนที่กว้างขวาง เช่น เคสเครื่องยนต์ ตัวปั๊ม และหัวลูกกอล์ฟระดับไฮเอนด์-
C. การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (การพิมพ์ 3 มิติ) - เทคโนโลยีปฏิวัติวงการ
การใช้ผงโลหะผสมไททาเนียมหรือวัสดุลวดทีละชั้นโดยตรงเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่เป็นของแข็ง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อน การออกแบบที่มีน้ำหนักเบา และการปรับแต่งในปริมาณน้อย
เทคโนโลยีหลัก:
การหลอมแบบคัดเลือกด้วยเลเซอร์ (SLM)/การหลอมด้วยผงเลเซอร์ (LPBF): ในห้องบรรยากาศเฉื่อย ผงโลหะผสมไทเทเนียมบนผงเบดจะถูกหลอมทีละจุดโดยใช้เลเซอร์ละเอียด ความแม่นยำสูงและคุณภาพพื้นผิวที่ดี
การหลอมลำแสงอิเล็กตรอน (EBM): การหลอมผงด้วยลำอิเล็กตรอนในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ ความเร็วในการขึ้นรูปรวดเร็ว ความเค้นจากความร้อนต่ำ และประสิทธิภาพของชิ้นส่วนใกล้เคียงกับการตีขึ้นรูป แต่พื้นผิวค่อนข้างหยาบ
ข้อดี: อัตราการใช้วัสดุสูงมาก (เกือบ 100%) ทำให้ได้โครงสร้างโทโพโลยีที่เหมาะสมที่สุด เช่น โครงตาข่ายที่ซับซ้อนมาก รวงผึ้ง และช่องระบายความร้อนแบบกลวงในตัว ไม่สามารถทดแทนได้ในด้านการบินและอวกาศ (โครงน้ำหนักเบา ใบมีดพร้อมช่องระบายความร้อน) และทางการแพทย์ (การปลูกถ่ายกระดูกที่มีรูพรุนแบบกำหนดเอง)
3,การประมวลผลและการจัดการภายหลัง
1) เครื่องจักรกล:
โลหะผสมไททาเนียมเป็นวัสดุที่ตัดเฉือนได้ยากโดยทั่วไปเนื่องจากมีการนำความร้อนต่ำ (ความร้อนสะสมบนเครื่องมือ) มีความสัมพันธ์ทางเคมีสูง (ทำปฏิกิริยากับวัสดุเครื่องมือได้ง่าย) และโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำ (ทำให้เครื่องมือและการสั่นสะเทือนเกิดขึ้นได้ง่าย)
มาตรการตอบโต้: ใช้เครื่องมือกลที่มีความแข็งแกร่งสูง โลหะผสมแข็งที่เคลือบเป็นพิเศษหรือเครื่องมือตัด PCD ความเร็วตัดต่ำ อัตราป้อนสูง -แรงดันสูง และน้ำมันตัดที่มีการไหลสูงเพื่อการระบายความร้อนที่เพียงพอ
การรักษาความร้อน:
การหลอม: ขจัดความเครียดภายใน ปรับโครงสร้างให้คงที่ และปรับปรุงความเป็นพลาสติก เป็นการบำบัดความร้อนที่ใช้กันมากที่สุด
สารละลายบำบัด+การชราภาพ: ใช้สำหรับโลหะผสมไทเทเนียม + สอง-เฟส (เช่น Ti-6Al-4V) เพื่อให้มีการกระจายตัวที่ดีขึ้น และปรับปรุงความแข็งแรงผ่านการชุบแข็งและการบ่มที่อุณหภูมิต่ำ
การรักษาพื้นผิว
การทำความสะอาด: การพ่นทรายและการล้างด้วยกรด (โดยทั่วไปใช้กรดผสม HF-HNO ∝) เพื่อขจัดตะกรันออกไซด์และชั้นมลภาวะ
การเสริมความแข็งแกร่ง/การทำงาน: ไมโครออกซิเดชันของอาร์ค (MAO) สร้างการเคลือบเซรามิกเพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อน ไนไตรดิ้ง/ไนไตรดิ้งช่วยเพิ่มความแข็งของพื้นผิว การระบายสีแบบอโนไดซ์และปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน การฉีดพ่นด้วยความร้อน (เช่น การฉีดพ่น WC Co) ช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอ
เทคโนโลยีการเชื่อมต่อ:
การเชื่อม: จำเป็นต้องดำเนินการภายใต้การป้องกันก๊าซอาร์กอนหรือสุญญากาศที่มีความบริสุทธิ์สูง- วิธีการทั่วไป ได้แก่ การเชื่อมด้วยก๊าซเฉื่อยทังสเตน (GTAW/TIG) การเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน (EBW) และการเชื่อมด้วยเลเซอร์ (LBW) จำเป็นต้องทำความสะอาดอย่างเข้มงวดก่อนการเชื่อม
พันธะการแพร่ (DB): การเชื่อมต่ออะตอมของพื้นผิวสัมผัสผ่านการแพร่กระจายซึ่งกันและกันภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง ซึ่งใช้สำหรับการผลิตส่วนประกอบ SPF/DB
