A 10 mm átmérőjű titán rúd 30 tonnás terhelést képes elviselni, és 20 évig szívstentként is szolgál az emberi szervezetben. Ennek az anyagnak a "teljes körű" teljesítményét egy rendkívül szigorú gyártási folyamat támasztja alá. A nyersanyagoktól a késztermékekig minden 0,1%-os eltérés a teljes terméktételt használhatatlanná teheti. A következő hat lépés alkotja a titánrudak gyártásának „make{8}}or-break” vonalát.
1. A megfelelő alapanyagok kiválasztása: a teljesítmény "génjei".
A titánrudak teljesítménye már a nyersanyag szakasztól zárva van.
Repülés: A Ti-6Al-4V (GR5) széles körben használatos, amely egyensúlyban tartja a 900 MPa szintű szilárdságot és szívósságot.
Orvosi implantátumok: A szennyeződés tartalmát szigorúan ellenőrizni kell. Minden 1 ppm szennyeződés-növekedés esetén 10%-kal nő a kilökődés kockázata.
Az összetevők elkészítésekor a szivacs titán és alumínium-vanádium mesterötvözetet is milligramm{1}}szintű pontossággal le kell mérni, hogy elkerüljük a nyomelemek ingadozását, ami a későbbi szakaszban ellenőrizhetetlen mikroszerkezethez vezethet.
2. Olvadás: "Alkímizálás" vákuumban
A titán 1500 fok feletti hőmérsékleten "lenyeli" az oxigént és a nitrogént, és azonnal törékennyé válik. Ezért az olvasztási eljárást vákuumíves újraolvasztó kemencében (VAR) vagy elektronsugaras hidegtűzhelyes kemencében (EBCHM) kell végrehajtani.
• VAR: A tömörített elektródák rétegenkénti megolvasztásával, például a "3D nyomtatással", 99,995% feletti tisztaságú tuskók nyerhetők.
EBCHM: Az elektronsugaras letapogatással a nagy{0}}sűrűségű zárványok, például a volfrám és a molibdén közvetlenül elpárologtathatók. A repülési rotor-minőségű titánrudakat kétszer kell újraolvasztani.
Egy olvasztás után mintát kell venni a spektrális összehasonlításhoz. Ha az alkatrészek szegregációja nagyobb, mint 0,3%, a teljes kemence selejtezésre kerül.
3. Termomechanikai feldolgozás: A "korong" kovácsolása inakká és csontokká
A titán tuskót először a fázisátmeneti pontig melegítik (körülbelül 995 fok), majd ismételten felborítják és meghúzzák a + két -fázisú tartományban.
Csak ha a kovácsolási arány nagyobb vagy egyenlő, mint 3:1, akkor a belső mikro{2}}pórusok tömöríthetők.
Minden egyes áthaladási deformációt 20-40% között kell szabályozni. Ha túl gyors, szakadást okoz; ha túl lassú, a szemek durvák lesznek.
Ezt követően forrón{0}}tekerjük tuskóba, ±5 fokos hőmérsékleti hibaigény mellett. Ellenkező esetben a teljesítménykülönbség ugyanazon rúd elülső és hátsó része között elérheti a 15%-ot.
4. Hőkezelés: A mikrostruktúra "finom-hangolása".
Homogenizáló hőkezelés: 850 fok /2 óra a kompozíció szegregációjának kiküszöbölésére;
Oldatos kezelés és öregítés: 940 fokos vízhűtés + 540 fokos öregítés 4 órán keresztül, így a + fázisarány elérheti a 80:20-at, és a szilárdság tovább növelhető 12%-kal.
5. Felületkezelés: A titánrudak páncélozása
• Pácolás: A HF és HNO₃ kevert oldata eltávolítja az oxidréteget, felfedve az ezüst{0}}fehér bázist.
Lövés: 0,3 mm-es acélsörét 60 m/s sebességgel ütik a felületet, nyomófeszültséget hoznak létre 200 MPa szinten, és 50%-kal növelik a kifáradási élettartamot.
Elektrolitikus polírozás: Az orvosi titán rudakat elektrolitos polírozásnak vetik alá, hogy Ra 0,1 μm-nél kisebb vagy azzal egyenlő felületi érdesség érhető el, ami 80%-kal csökkenti a baktériumok tapadását.
Anódos oxidáció: 2 μm-es oxidfilm képződik, amely nem csak korrózióálló-, hanem színezhető is.
6. Észlelés: A képernyő kockázata nullára csökken
• Kémiai összetétel: Minden rudat spektrométerrel ellenőriznek. Ha az elemi eltérés meghaladja a 0,01%-ot, akkor selejtezésre kerül.
Mechanikai tulajdonságok: Véletlenszerű mintavétel a szakítóvizsgálathoz, ha a szakadási nyúlás kisebb, mint 10%, a teljes tételt visszaküldik.
Roncsolásmentes tesztelés:{0}}
- Ultrahangos tesztelés (UT): 0,8 mm-nél nagyobb zárványokat és hibákat észlelt a titánrudakon.
- Örvényáramú ET: Felszíni repedések észlelése 0,05 mm mélységben;
Mikrostruktúra: Vizsgálja meg a szemcseméretet és -eloszlást metallográfiai mikroszkóp alatt.
Következtetés
A titánrudak gyártása a „mikron{0}}szintű hibák elleni küzdelem”. A ppm szintű szennyeződés-szabályozástól az 1 μm-es felületi érdességig minden lépés megkérdőjelezi a fizikai határokat. A jövőben a 3D nyomtatás és a közeli -nettó-alakítás lerövidítheti a folyamatot, de a „legnagyobb teljesítményre” való törekvés soha nem kerül veszélybe.
