10 mm çapındaki titanyum çubuk, 30 tonluk yükü taşıyabildiği gibi, aynı zamanda insan vücudunda 20 yıl boyunca kalp stent görevi de görüyor. Bu malzemenin "çok yönlü" performansı son derece titiz bir üretim süreciyle desteklenmektedir. Hammaddeden bitmiş ürüne kadar %0,1'lik herhangi bir sapma, tüm ürün partisini kullanılamaz hale getirebilir. Aşağıdaki altı adım, titanyum çubukların üretiminde "yapma-veya-kırma" hattını oluşturur.
1. Doğru hammaddelerin seçilmesi: performansın "genleri"
Titanyum çubukların performansı hammadde aşamasından itibaren kilitlenir.
Havacılık: Ti-6Al-4V (GR5) yaygın olarak kullanılmaktadır ve 900 MPa düzeyindeki güç ve dayanıklılığı dengeler.
Tıbbi implantlar: Safsızlık içeriği sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Safsızlıklardaki her 1 ppm'lik artış için reddedilme riski %10 artar.
Malzemeleri hazırlarken, daha sonraki aşamada kontrol edilemeyen mikro yapıya yol açabilecek eser elementlerdeki dalgalanmaları önlemek için sünger titanyum ve alüminyum-vanadyum ana alaşımının da miligram-düzeyinde hassasiyetle tartılması gerekir.
2. Erime: Vakumda "Simyalaştırma"
Titanyum, 1.500 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda oksijen ve nitrojeni "yutacak" ve anında kırılgan hale gelecektir. Bu nedenle, eritme işleminin bir vakum arklı yeniden eritme fırınında (VAR) veya bir elektron ışınlı soğuk ocak fırınında (EBCHM) gerçekleştirilmesi gerekir.
• VAR: Sıkıştırılmış elektrotların "3D baskı" gibi katman katman eritilmesiyle %99,995'in üzerinde saflığa sahip külçeler elde edilebilir.
EBCHM: Elektron ışın taraması kullanılarak, tungsten ve molibden gibi yüksek-yoğunluktaki kalıntılar doğrudan buharlaştırılabilir. Havacılık rotoru-sınıfı titanyum çubukların iki kez yeniden eritilmesi gerekir.
Bir eritme işleminden sonra spektral karşılaştırma için numunelerin alınması gerekir. Bileşen ayrımı %0,3'ün üzerindeyse fırının tamamı hurdaya çıkarılacaktır.
3. Termomekanik işleme: "Disk"in sinir ve kemiklere dönüştürülmesi
Titanyum külçe ilk önce faz geçiş noktasına (yaklaşık 995 derece) ısıtılır ve ardından +iki-faz bölgesinde tekrar tekrar ısıtılır ve çekilir.
Yalnızca dövme oranı 3:1'e eşit veya daha büyük olduğunda dahili mikro-gözenekler sıkıştırılabilir.
Her geçişte deformasyon %20 ila %40 arasında kontrol edilmelidir. Çok hızlı olursa yırtılmaya neden olur; çok yavaş olursa taneler kaba olur.
Daha sonra, ±5 derece sıcaklık hatası gereksinimiyle sıcak-haddelenerek kütük haline getirilir. Aksi takdirde aynı çubuğun ön ve arka bölümleri arasındaki performans farkı %15'e ulaşabilmektedir.
4. Isıl İşlem: Mikro Yapının "-İnce Ayarı"
Homojenleştirici tavlama: bileşim ayrışmasını ortadan kaldırmak için 850 derece /2 saat;
Çözelti arıtma ve yaşlandırma: 940 derece su söndürme + 540 derece yaşlandırma 4 saat boyunca + faz oranının 80:20'ye ulaşması sağlanır ve mukavemet %12 oranında daha da artırılabilir.
5. Yüzey İşlem: Titanyum Çubukların Zırhlanması
• Temizleme: HF ve HNO₃'dan oluşan karışık çözelti oksit tabakasını kaldırarak gümüş-beyaz bazı ortaya çıkarır.
Bilyalı dövme: 0,3 mm'lik çelik bilyeler yüzeye 60 m/s hızla çarparak 200 MPa düzeyinde basınç gerilimi oluşturur ve yorulma ömrünü %50 artırır.
Elektrolitik parlatma: Tıbbi titanyum çubuklar, Ra'nın 0,1 μm'den az veya ona eşit bir yüzey pürüzlülüğü elde etmek için elektrolitik cilalamaya tabi tutulur ve bakteriyel yapışmayı %80 oranında azaltır.
Anodik oksidasyon: 2 μm'lik bir oksit filmi oluşur; bu film hem korozyona-dirençlidir hem de renklendirilebilir.
6. Tespit: Ekran riskleri "sıfır"a kadar iner
• Kimyasal bileşim: Her çubuk bir spektrometre ile incelenir. Elemental sapma %0,01'i aşarsa hurdaya çıkarılır.
Mekanik özellikler: Çekme testi için rastgele numune alma, kopma uzaması %10'dan az ise partinin tamamı iade edilecektir.
Tahribatsız-muayene:
- Ultrasonik test (UT): Ф0,8 mm'den büyük titanyum çubuklarda tespit edilen kalıntılar ve kusurlar.
- Eddy Current ET: 0,05 mm derinliğindeki yüzey çatlaklarını tespit edin;
Mikroyapı: Metalografik mikroskop altında tane boyutunu ve dağılımını inceleyin.
Çözüm
Titanyum çubukların üretimi "mikron-seviyesindeki kusurlara" karşı bir mücadeledir. Ppm düzeyinde kirlilik kontrolünden 1 μm yüzey pürüzlülüğüne kadar her adım fiziksel sınırları zorluyor. Gelecekte, 3D baskı ve neredeyse-net-şekil oluşturma süreci kısaltabilir, ancak "en üst düzey performans" arayışından asla taviz verilmeyecektir.
