Производња титанијумске плоче је једно од најсофистициранијих металуршких путовања у савременом индустријском свету. За разлику од челика или алуминијума, који се могу обрадити у-окружењима на отвореном уз релативно једноставне технике, титанијум је „реактиван метал“. Поседује агресиван афинитет за кисеоник, азот и водоник на повишеним температурама. Сходно томе, претварање сирове руде титанијума у титанијумску плочу високих{4}}перформанси захтева низ високо{5}}вакуумских окружења, екстремних температура и прецизног машинског инжењеринга.
Овај чланак даје исцрпну, корак по{1}}разградњу животног циклуса производње титанијумске плоче, од почетног смањења руде до коначног-недеструктивног тестирања потребног за-критичне апликације.
1. Темељ: припрема и топљење сировина
Рођење титанијумске плоче почиње много пре него што стигне до ваљаонице. Процес почиње са „Титанијум сунђером“-порозног, чистог облика титанијума добијеног Кролл поступком.
Мешање легура
Да би се произвела плоча од титанијума специфичног квалитета, као што је свеприсутни Граде 5 (Ти-6Ал-4В), сунђер мора бити помешан са прецизним односима легирајућих елемената као што су алуминијум и ванадијум. Ова мешавина се компримује у "компакте" или "електроде". Свака контаминација у овој фази - чак и залутали отисак прста или мрља прашине - може довести до структурних дефеката на завршној плочи.
Претапање у вакууму (ВАР)
Пошто титанијум реагује са ваздухом, топљење се мора десити у вакууму. У ВАР процесу, збијена електрода се топи електричним луком. Истопљени метал капље у воду-охлађени бакарни калуп, стврдњавајући се у „први-ингот растапања“. Да би се осигурала апсолутна хемијска хомогеност и да би се елиминисали мехурићи гаса или инклузије, ови инготи се често топе други или чак трећи пут.
Топљење у хладном огњишту електронским снопом (ЕБЦХМ)
За производњу титанијумских плоча за ваздухопловство{0}}често се користи ЕБЦХМ. Овај метод користи високо{2}}електронске зраке високе енергије у високој{3}}вакумској комори за топљење титанијума. „Хладно огњиште“ омогућава да инклузије високе{5}}(као што су волфрамови делови из алата) потону и -инклузије мале густине (попут нитрида) да се испаре, што резултира чистијим и поузданијим материјалом.
2. Примарна трансформација: ковање и израда плоча
Када се масивни ингот титанијума (који може да тежи неколико тона) охлади и извади из калупа, мора се претворити у „плочу“-правоугаоног претходника титанијумске плоче.
Предгревање и пречишћавање зрна
Ингот се ставља у велике индустријске пећи. Грејање титанијума је деликатан баланс; мора бити довољно врео да би био савитљив, али се стриктно надгледа како би се спречило прекомерно „алфа случај“ (крхки површински слој-обогаћен кисеоником). Током ковања, масивне хидрауличне пресе истискују ингот. Овај механички рад је од виталног значаја јер разбија велику, грубу кристалну структуру ливеног ингота, пречишћавајући величину зрна како би се побољшала жилавост и отпорност на замор будуће титанијумске плоче.
Кондиционирање плоче
Резултат ковања је дебела, правоугаона плоча. Пре него што се може ваљати, површина мора бити "кондиционирана". Ово укључује брушење или машинску обраду оксидоване спољашње коже. Беспрекорна површина плоче је предуслов за беспрекорну површину плоче.
3. Процес ваљања: обликовање титанијумске плоче
Ваљање је место где се плоча смањује у дебљини и повећава у дужину и ширину кроз низ млинова под високим{0}}притиском.
Хот Роллинг
Плоча се поново загрева до температурног опсега „Бета“ или „Алфа-Бета“. Више пута пролази кроз топлу ваљаоницу. Сваки пролаз смањује дебљину. За титанијумску плочу (генерално дефинисану као материјал дебљине преко 4,76 мм), топло ваљање је примарни метод обликовања. Топлота омогућава значајну деформацију без пуцања метала.
Уклањање каменца и кисељење киселином
Вруће ваљање оставља тамни, оксидирани каменац на површини. Ово се уклања механичким уклањањем каменца (пескарење) након чега следи киселинско кисељење. Плоча је потопљена у хемијско купатило (обично мешавина азотне и флуороводоничне киселине) да би се уклониле нечистоће и открила карактеристична сребрно-сива завршна обрада титанијума.
Хладно ваљање (за танке плоче и листове)
Ако је циљ врло танка титанијумска плоча или лим са супериорном завршном обрадом површине и чвршћим толеранцијама димензија, изводи се хладно ваљање. Ово се ради на собној температури. Хладно ваљање повећава чврстоћу метала кроз "радно очвршћавање", иако може захтевати средње жарење како би се спречило да материјал постане превише крт.
4. Термичка обрада и завршна обрада
Механичка својства титанијумске плоче су финализована током фазе термичке обраде.
Жарење
Плоче се стављају у пећ за вакум или инертни{0}}гас за жарење. Овим процесом се ослобађају унутрашња напрезања изазвана ваљањем и ковањем. Омогућава да се кристална структура стабилизује, обезбеђујући да титанијумска плоча има исправан баланс дуктилности и чврстоће коју захтевају спецификације купца (као што је АСТМ Б265).
Нивелисање и квадратура
Након термичке обраде, плоче могу да испоље благо савијање или „лук“. Они се пролазе кроз ваљкасти равналицу-машину која користи огроман притисак да изравна плочу до милиметара савршене равности. На крају, ивице се обрезују помоћу плазма резача, водених млазница или маказа великог{3}}капацитета да би се испуниле тачне тражене димензије.
5. Осигурање квалитета и тестирање
Титанијумска плоча која се користи у трупу подморнице или хемијском реактору не може себи приуштити скривене недостатке. Стога је контрола квалитета најкритичнији завршни корак.
Ултразвучно тестирање (УТ): Високо{0}}звучни таласи се шаљу кроз плочу да би се откриле унутрашње шупљине, пукотине или недоследности.
Провера димензија: Дигитална мерача и ласерски мерни алати обезбеђују да је дебљина уједначена на целој површини.
Хемијска анализа: Мали узорак се тестира да би се потврдило да састав легуре одговара траженом степену.
Механичка испитивања: Узорци се „извлаче“ у тестеру затезања да би се измерила граница попуштања, крајња затезна чврстоћа и издужење.
Закључак
Производња титанијумске плоче је замршен плес екстремне хемије и тешке физике. Од вакуум{1}}запечаћених лонаца у којима се метал први пут топи до-прецизних ваљаоница које дефинишу његов облик, сваки корак је дизајниран да сачува јединствена својства овог изузетног елемента.
Разумевањем овог процеса, инжењери и купци могу боље да разумеју зашто квалитет титанијумске плоче толико зависи од техничке стручности произвођача. Било да се користи због своје отпорности на топлоту у млазном мотору или због отпорности на корозију у постројењу за десалинизацију, правилно произведена титанијумска плоча представља врхунац модерног металуршког достигнућа.
