Una vareta de titani amb un diàmetre de 10 mm pot suportar una càrrega de 30 tones i també servir com a stent cardíac al cos humà durant 20 anys. El rendiment "tot{-" d'aquest material es basa en un procés de fabricació molt rigorós. Des de les matèries primeres fins als productes acabats, qualsevol desviació del 0,1% pot inutilitzar tot el lot de productes. Els sis passos següents constitueixen la línia de "fer-o-trencament" en la fabricació de barres de titani.
1. Selecció de les matèries primeres adequades: els "gens" del rendiment
El rendiment de les barres de titani es bloqueja des de l'etapa de matèria primera.
Aeroespacial: el Ti-6Al-4V (GR5) s'utilitza àmpliament, equilibrant la força i la tenacitat del nivell de 900 MPa.
Implants mèdics: el contingut d'impuresa ha de ser estrictament controlat. Per cada 1 ppm d'augment d'impureses, el risc de rebuig augmenta un 10%.
Quan es preparen els ingredients, l'aliatge principal d'esponja de titani i alumini-vanadi també s'ha de pesar amb una precisió a nivell de mil·ligrams-per evitar fluctuacions en els oligoelements que podrien provocar una microestructura incontrolable en l'etapa posterior.
2. Fusió: "Alquimitzar" al buit
El titani "empassarà" l'oxigen i el nitrogen a temperatures superiors als 1.500 graus i es tornarà trencadís a l'instant. Per tant, el procés de fosa s'ha de dur a terme en un forn de refusió d'arc de buit (VAR) o un forn de sol fred de feix d'electrons (EBCHM).
• VAR: Mitjançant la fusió dels elèctrodes compactats capa per capa com la "impressió 3D", es poden obtenir lingots amb una puresa superior al 99,995%.
EBCHM: mitjançant l'ús de l'exploració de feix d'electrons, les inclusions d'alta-densitat com ara el tungstè i el molibdè es poden evaporar directament. Les barres de titani de grau-del rotor d'aviació s'han de tornar a fondre dues vegades.
Després d'una fosa, s'han de prendre mostres per a la comparació espectral. Si la segregació dels components és superior al 0,3%, es desballarà tot el forn.
3. Processament termomecànic: Forjar el "disc" en tendons i ossos
El lingot de titani s'escalfa primer fins al punt de transició de fase (uns 995 graus), i després es mou i es dibuixa repetidament a la regió de dues fases +-.
Només quan la proporció de forja és superior o igual a 3:1 es poden compactar els micro-porus interns.
Cada deformació de passada s'ha de controlar entre un 20% i un 40%. Si és massa ràpid, provocarà llàgrimes; si és massa lent, els grans seran gruixuts.
Posteriorment, s'enrotlla en calent-en palangres, amb un requisit d'error de temperatura de ±5 graus . En cas contrari, la diferència de rendiment entre les seccions frontal i posterior de la mateixa barra pot arribar al 15%.
4. Tractament tèrmic: la "-afinació fina" de la microestructura
Recuit homogeneïtzant: 850 graus/2 h per eliminar la segregació de la composició;
Tractament i envelliment de la solució: envelliment d'aigua a 940 graus + 540 durant 4 hores, permetent que la relació de fase + arribi a 80:20 i la força es pot augmentar encara més en un 12%.
5. Tractament superficial: blindatge de les barres de titani
• Decapat: la solució barrejada de HF i HNO₃ elimina l'escala d'òxid, deixant al descobert la-base blanca platejada.
Granallat: els pals d'acer de 0,3 mm impacten la superfície a 60 m/s, introduint un esforç de compressió al nivell de 200 MPa i augmentant la vida a la fatiga en un 50%.
Polit electrolític: les varetes de titani mèdic se sotmeten a un polit electrolític per aconseguir una rugositat superficial de Ra inferior o igual a 0,1 μm, reduint l'adhesió bacteriana en un 80%.
Oxidació anòdica: es forma una pel·lícula d'òxid de 2 μm, que no només és resistent a la corrosió-, sinó que també es pot pintar.
6. Detecció: els riscos de la pantalla fins a "zero"
• Composició química: Cada vareta és inspeccionada per un espectròmetre. Si la desviació elemental supera el 0,01%, es descarta.
Propietats mecàniques: mostreig aleatori per a prova de tracció, si l'allargament a la ruptura és inferior al 10%, es retornarà tot el lot.
Proves no-destructives:
- Prova d'ultrasons (UT): s'han detectat inclusions i defectes a les barres de titani més grans de 0,8 mm.
- Eddy Current ET: detecta esquerdes superficials de 0,05 mm de profunditat;
Microestructura: examinar la mida del gra i la distribució sota un microscopi metalogràfic.
Conclusió
La fabricació de barres de titani és una batalla contra els "defectes de nivell-micron". Des del control d'impureses a nivell de ppm fins a una rugositat superficial d'1 μm, cada pas desafia els límits físics. En el futur, la impressió en 3D i la formació de -neta-forma propera poden escurçar el procés, però la recerca del "rendiment màxim" mai es veurà compromesa.
