Jak může tavení zajistit vysokou čistotu a vynikající výkon?

Slitina titanu a niklu se díky svému efektu tvarové paměti, superelasticitě a biokompatibilitě stala základním materiálem ve špičkových{0}}oborech, jako jsou letecké a lékařské implantáty. Jeho výkon je vysoce závislý na přesném řízení procesu tavení a jakékoli vnesení nečistot nebo segregace komponent může vést k náhlému poklesu výkonu. Z hlediska celého procesu analyzujte klíčové technické body, abyste zajistili vysokou čistotu a vynikající vlastnosti slitin.

Kontrola surovin před tavením je první linií obrany pro zajištění čistoty. Musí být vybrán houbový titan s čistotou větší nebo rovnou 99,8 % a elektrolytická niklová deska s čistotou větší nebo rovnou 99,9 % a škodlivé nečistoty jako železo, uhlík a kyslík musí být odstraněny pomocí spektrální analýzy (s obsahem jednoho prvku menším nebo rovným 0,05 %). Proces předúpravy surovin nelze ignorovat: titanové suroviny je třeba sušit ve vakuovém prostředí při 400 stupních po dobu 4 hodin, aby se odstranil adsorbovaný vodík, zatímco niklové desky je třeba čistit ultrazvukovým čištěním bezvodým etanolem, aby se odstranily povrchové olejové skvrny a oxidové filmy, aby se zabránilo tvorbě oxidových inkluzí během tavení. Současně příprava spotřebních elektrod vyžaduje použití technologie izostatického lisování, s hustotou lisování řízenou nad 4,2 g/cm³, aby se zabránilo neúplnému úniku plynu v důsledku uvolnění elektrody během tavení.
 

Výrobky ze slitiny titanu a niklu

 

Tyč ze slitiny titanu a niklu

Deska ze slitiny titanu a niklu

Drát ze slitiny titanu a niklu

Fólie ze slitiny titanu a niklu

Částice slitiny titanu a niklu

Obráběné díly ze slitiny titanu a niklu

Základní podporou jsou tavicí zařízení a kontrola životního prostředí. Vakuové spotřební obloukové tavicí pece se běžně používají v průmyslu. Před tavením je třeba těleso pece vysát a naplnit plynným argonem alespoň třikrát a konečný stupeň vakua musí dosáhnout méně než nebo rovný 1 × 10 ⁻ ³ Pa, aby se do vzduchu zcela vyprázdnily aktivní plyny, jako jsou oxidy dusíku. Jako inertní plyn v peci je vybrán vysoce čistý argonový plyn s čistotou vyšší nebo rovnou 99,999 % a musí projít dehydratační úpravou na molekulárním sítu (rosný bod menší nebo rovný -70 stupňů), aby se zabránilo vnášení vodíkových prvků. Během montáže elektrody je nutné zajistit, aby odchylka souososti byla menší nebo rovna 0,5 mm, aby se zabránilo místnímu přepálení způsobenému odchylkou oblouku během procesu tavení, což má za následek nerovnoměrné složení.

Parametrová kontrola tavícího procesu přímo určuje výkon. Během fáze iniciace oblouku se používá nízkonapěťový režim pomalého náběhu proudu, který se postupně zvyšuje z 500A na 2000-3000A se stabilním napětím 10–15 kV, aby se zajistilo hladké vytváření roztavené lázně a snížily se ztráty rozstřikováním. Během procesu tavení je nutné udržovat teplotu roztavené lázně na 1600-1700 stupních a sledovat ji v reálném čase pomocí infračerveného měření teploty, aby se zabránilo těkání titanu způsobenému vysokou teplotou (bod varu titanu 1668 stupňů) nebo segregací prvků způsobenou nízkou teplotou. K dosažení jednotného složení jsou zapotřebí 3-4 překlopení tavení s 10minutovou dobou zdržení po každém tavení, aby se slitinové prvky mohly plně rozptýlit a řídit odchylku obsahu niklu v rozmezí ± 0,2 % – to je klíč k zajištění efektu tvarové paměti (teplota fázového přechodu se posune asi o 10 stupňů na každých 0,1 % odchylky v obsahu niklu).

Zpracování po roztavení a kontrola kvality jsou závěrečnými kontrolami. Slitinové ingoty je třeba před vyjmutím z pece ochladit v peci pod 200 stupňů, aby se zabránilo rychlému ochlazení a výskytu křehkosti při martenzitické transformaci. Ihned po upečení se provede povrchové odlupování, aby se odstranila 1-2mm silná vrstva oxidu a vrstva s nedostatkem titanu. Potom je obsah povrchových nečistot detekován pomocí rentgenové fluorescenční spektroskopie, aby se zajistilo, že kyslík je menší nebo roven 0,15 %, dusík je menší nebo roven 0,05 % a vodík je menší nebo roven 0,005 %. Vnitřní kvalita je testována pomocí ultrazvukového testování (UT) a musí splňovat standardy třídy A, bez pórů nebo vměstků s průměrem větším nebo rovným 0,5 mm.

Tavení slitiny titanu a niklu je systematickým inženýrstvím „přesné kontroly každého kroku“, od čištění surovin až po optimalizaci parametrů tavení a poté po-testování po úpravě. Každý odkaz přímo souvisí s čistotou a výkonem. Pouze přísným dodržováním provozní logiky řízení vakuového prostředí, víceprůchodového tavení a přesné regulace parametrů lze dosáhnout spolehlivých aplikací slitin ve špičkových-polích.