Производство титановых пластин, титановых пластин

Производство титановых и титановых сплавов представляет собой процесс переработки титановых и титановых сплавов в монолитные или сложенные материалы в прямоугольных сетках в таких ценах, как плавка, слиток, плоская прокатка, термическая обработка и очистка.

Индустриализированное производство титановых пластин на международном титановом поясе началось в начале 1950 - х годов и теперь способно производить томы, которые весил от 4 до 5 т и толщиной до 4,2 м.Производство титановой ленты началось в конце 1950 - х годов, а в середине 60 - х были построены крупные титановые заводы, которые были многократно разработаны, которые могли производить платные материалы толщиной от 0,3 до 30мм, а также материалы, имеющие толщину 0,01 — 2,0 мм.

Краткий технологический процесс производства материалов из титановых сплавов.

Слитк плавк - - - выкова-на сляб рубанк моющ средств … подточк … провер … горячекатан в горяч ортопедическ … что фут поверхн подточк закалк - - - горячекатан — баз маринован — поверхн подточк-промежуточн отжиг-баз маринован … холодн ковк … готов продукц отжиг …Кислотная очистка щелочи-пробы-срез готовой продукции-проверка.Дефектоскопия (пластинка)-готовая ортопедия-упаковка-вход в библиотеку.

Плавление и отливка титана связаны с высокой температурой плавления и химической активностью при высоких температурах или в расплавленном состоянии, что делает их взаимодействие с воздухом и огнеупорными материалами легким. Титан и титановые сплавы обычно плавят в условиях вакуума или инертного газа, с охлаждением водой или жидким металлом в медном графитовом кувшине. В настоящее время наиболее распространенным методом для производства титановых слитков является плавление в вакууме с использованием саморазрушающегося электрода с дуговым нагревом. После тщательного смешивания определенного соотношения титановой губки, возвратных материалов и сплавных элементов они прессуются на гидравлическом прессе, чтобы сформировать блоки электродов. Затем эти блоки свариваются в электроды (стержни) с использованием метода плазменной сварки, и затем они подвергаются вторичной плавке в вакуумной печи с саморазрушающимся электродом для получения слитка. Для обеспечения однородного состава слитка контролируется размер частиц добавляемых сплавных элементов, возвратных материалов и титановой губки в определенном диапазоне, и применяется три последовательные вакуумные плавки. Промышленные слитки титановых сплавов обычно весом от 3 до 6 тонн, а крупные слитки достигают 15 тонн. Обычно слитки, полученные в вакууме с использованием саморазрушающегося электрода с дуговым нагревом, имеют круглую форму. В последние годы также используются другие методы, такие как плазменная плавка, электронно-лучевая плавка, оболочечная плавка и электродуговая плавка, для получения плоских и квадратных слитков титановых сплавов. Например, в Японии для производства тонких слитков весом до 3 тонн используется метод плавки пучком плазмы, которые могут быть использованы непосредственно для производства листов и полос.

Ковка - основной метод разрушения кристаллической структуры литого металла, улучшения свойств материала и получения заготовок различных размеров и форм. В процессе нагрева перед ковкой титановых сплавов легко вступают во взаимодействие с воздухом, что приводит к образованию оксидной корки и впитыванию слоя воздуха, снижая пластичность и другие характеристики материала. Поэтому часто применяют методы индукционного нагрева или нагрева в герметичной электродуговой печи. Когда используется пламенная печь, необходимо поддерживать слабооксидирующую атмосферу внутри печи, также можно покрывать поверхность заготовки защитным слоем или проводить нагрев в атмосфере инертного газа. У титановых сплавов низкая теплопроводность, и для предотвращения возможных термических напряжений, вызывающих трещины в больших сечениях или высоколегированных заготовках, обычно применяют метод пошагового нагрева с низкой температурой и медленной скоростью, а затем с высокой температурой и быстрой скоростью. Контроль температуры нагрева и конечной температуры ковки, а также объема деформации при ковке, является важным условием для получения высококачественных заготовок из титановых сплавов. Системы ковки нескольких основных титановых сплавов представлены в таблице 1.

Таблица 1 содержит несколько технологических температур ковки титановых сплавов

материал	Температура нагрева ℃	Конечная температура Ковка℃
Промышленный чистый титан	900-1020	≥750
Ti-5Al-2.5Sn	1050-1200	≥850
Ti-6Al-4V	960-1150	≥800
Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al	960-1150	≥800

Обычно для ковки титановых сплавов используют гидравлические прессы и кузнечные молоты. Для обеспечения успешного последующего процесса прокатки и гарантии качества поверхности листа, кованые заготовки и отливки должны быть подвергнуты механической обработке, чтобы удалить поверхностные трещины и слой поглощенного воздуха глубиной до 3 ~ 4 мм.

Прокатка титановых сплавов более сложна по сравнению с алюминием, медью и сталью из-за большого сопротивления деформации, низкой пластичности и легкости окисления при высоких температурах. Прокатка включает в себя горячую, теплую и холодную прокатку. Горячая прокатка является важным этапом производства титановой ленты. При разработке технологических режимов горячей прокатки титановых сплавов также следует учитывать влияние структуры зерен на механические свойства. Для уменьшения образования слоя поглощения и окислительной корки в процессе нагрева, чистый титан и низколегированные титановые сплавы используют более низкие температуры нагрева и стараются минимизировать время выдержки при нагреве. Однако снижение температуры приводит к резкому увеличению сопротивления деформации и снижению пластичности в процессе прокатки, что часто не допустимо для высоколегированных титановых сплавов. Для получения равномерной мелкозернистой структуры и ленты с хорошими свойствами часто используют многократную горячую прокатку, покрытие и слоистую прокатку, чтобы обеспечить достаточное деформационное сопротивление в области a или a+ β-фазы. Таким образом, определение разумного режима горячей прокатки является важным. Различные температуры горячей прокатки для нескольких титановых сплавов приведены в таблице 2.

Таблица 2 содержит несколько технологических температур тепловой прокатки титановых сплавов

материал	Температура нагрева ℃	Конечная температура Ковка℃
Промышленный чистый титан	900-1020	≥750
Ti-5Al-2.5Sn	1050-1200	≥850
Ti-6Al-4V	960-1150	≥800
Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al	960-1150	≥800

Тепловой прокатный стан с титановой лентой может использоваться реверсивный четырёхцилиндровый тепловой прокатный стан с мотором, четырёхцилиндровый реверсивный прокатный стан и многоклеточный тепловой стан. Реверсивный четырёхколёсный термальный стан с кузовом меньше инвестирует, занимает небольшую площадь и может прокатывать высококачественные, толщиной от 3 до 6 мм, производственное оборудование, приспособленное к меньшим количествам титановых сплавов. Обычно используется метод тепловой прокатки для производства различных титановых пластин толщиной более 3 мм.

Титановые листы толщиной менее 2 мм обычно производят с использованием метода холодной прокатки. По сравнению с горячей прокаткой, холоднокатаный лист обладает такими преимуществами, как отличное качество поверхности, высокая точность размеров и малые размерные отклонения. Листы могут быть произведены методом ленточной прокатки, однако для титановых сплавов, как правило, используется метод блочной прокатки. Холодная прокатка обычно выполняется на четырехвалковом обратимом стане, а также может использоваться многостойчатый холодильный стан. Листы с толщиной менее 0,5 мм прокатывают на 20-валковом стане. Для повышения качества продукции эти станы следует управлять с использованием компьютерного контроля. Для получения листов различной толщины из титановых сплавов можно многократно применять процессы холодной прокатки, промежуточной отжиги и доводки. При производстве листов из высоколегированных титановых сплавов для улучшения пластичности материала и снижения сопротивления деформации при прокатке также можно проводить теплую прокатку в диапазоне 600 ~ 850°C.

Отжиг включает нагрев титанового листа до определенной температуры, поддержание на ней достаточное время, а затем охлаждение с подходящей скоростью. Отжиг титанового листа включает в себя промежуточный отжиг и отжиг готовой продукции. Целью промежуточного отжига является устранение обработочной закалки, восстановление пластичности и деформационной способности титанового сплава для облегчения последующей прокатки. Отжиг готовой продукции проводится для получения продукции с определенной структурой и свойствами. Для α- и α+β-сплавов отжиг можно проводить в диапазоне температур α и α+β с последующим медленным охлаждением, чтобы получить равномерную мелкозернистую рекристаллизованную структуру и обеспечить хорошие свойства материала. Для бета-сплавов после выдержки при температуре в области фазы бета обычно используется более быстрый метод охлаждения, чтобы получить структуру зерен фазы В с высокой пластичностью, что соответствует дальнейшей обработке и использованию. Более толстые листы могут подвергаться отжигу на воздухе, в то время как более тонкие листы часто отжигаются в вакууме или в защитной атмосфере инертного газа.

Отделочные операции включают в себя щелочное и кислотное травление, выправку, резку, пескоструйную обработку и полировку и др. При щелочном травлении титанового листа в расплавленном гидроксиде натрия и кислотном травлении в водном растворе фтороводорода обязательно добавляют определенное количество нитрата натрия и азотной кислоты в качестве окислителя, чтобы предотвратить поглощение водорода титановым сплавом. Из-за высокого отношения прочности к удлинению, малого модуля упругости и большой упругости титанового сплава, операции выправки и рихтовки затруднены, их можно выполнить с использованием термической выправки и термической рихтовки или методов вакуумного пластического выправления. Из-за чувствительности титанового сплава к надрывам, поверхностные дефекты, такие как трещины и слои поглощения, возникающие в процессе производства, должны быть немедленно удалены методами, такими как полировка, чтобы предотвратить их дальнейшее углубление в процессе деформации. Таким образом, отделочные операции в производстве титанового листа являются крайне важными, они обеспечивают соответствие поверхностного качества, геометрической формы и структурных свойств продукции требованиям технических стандартов.