Особенности обработки титана
Один из наиболее распространенных материалов, который используют в машиностроении, и не только, является титан. По классификации материалов по ISO он соответствует группе S. Это труднообрабатываемый материал. Его свойства усложняют процесс резания даже в сравнении с обработкой таких материалов, как чугун и нержавеющая сталь. Однако с использованием инструмента/оснастки, оптимизированных для обработки титана, существует возможность обратить специфические свойства данного материала в преимущество.
Многие из тех свойств, которые делают титан привлекательным материалом, оказывают влияние на его обрабатываемость.
- высокое отношение прочности к весу, причем его плотность составляет, как правило, всего 60 процентов плотности стали
-
имеет более низкий модуль упругости и более податлив, чем сталь
-
обладает более высокой стойкостью к коррозии, чем нержавеющая сталь,
- низкая теплопроводность.
Такие качества титана и титановых сплавов широко востребованы и нашли свое применение в различных отраслях промышленности – судостроении, авиастроении, аэрокосмической, химической, газовой, нефтяной, пищевой, медицинской промышленности и многих других сферах. Из технически чистого титана, так и из титановых сплавов получают ответственные детали машин и приборов.
Титановые сплавы делятся на три класса в зависимости от структуры и состава легирующих элементов. Содержание легирующих элементов отражается в обозначении сплава.
-
Альфа-сплавы – легируются Al, O и/или N, которые преимущественно являются α-стабилизаторами.
-
Бета-сплавы – легируются Mb, Fe, V, Cr и/или Mn, которые являются β-стабилизаторами.
- Сплавы α+β – сплавы, имеющие двухфазную структуру. Большинство сплавов, которые применяются в настоящее время, являются сплавами α+β.
Легирующие элементы оказывают прямое влияние на физические и химические свойства сплавов, а также температурные характеристики и обрабатываемость. Технический титан хорошо обрабатывается давлением, из него изготавливают листы, поковки, трубы, проволоку и т.д. Он хорошо сваривается аргонодуговой сваркой и другими видами контактной сварки. Но что касается обработки резанием, то титан показывает плохие характеристики, одним словом — он плохо подвергается резанию. Титан налипает на режущей кромке инструмента, что приводит к быстрому его износу.
Из-за особенностей материала, в обработку титана нужно производить специально предназначенным для этого инструментом. Многие производители инструмента в своей линейке имеют специальные решения для работы с титаном. Сам инструмент в ходе рабочего процесса подвергается изнашиванию: абразивному, адгезийному и диффузному. При диффузном изнашивании происходит взаимное растворение материала режущего инструмента и титановой заготовки. Особо активно эти процессы протекают при температуре 900 — 1200 °С. Основными же механизмами износа при обработке титана являются лункообразование и пластическая деформация. Под влиянием главного угла в плане характер износа не меняется, меняется только степень износа. Интенсивность износа и эффективность процесса резания в целом очень сильно зависят от количества выделяемого тепла. Контролировать температуру в зоне резания можно за счет изменения скорости, толщины стружки и глубины резания. Таким образом, повлиять на износ инструмента можно, изменив форму пластины или угол в плане.
Если инструмент и режимы резания выбраны правильно, а также при хорошей жесткости станка и надежности закрепления заготовки, процесс обработки титана будет высокоэффективным. Многих проблем, которые традиционно возникают при обработке титана, можно избежать.
Основные рекомендации при работе с титаном будут:
- Выбирайте пластины с шлифованными режущими кромками, это повышает стойкость инструмента и снижают силы резания
- При обработке учитывайте также, что металл очень вязкий и когда производится его токарная обработка с использованием токарного станка, сильно нагревается, что приводит к налипанию титановых отходов на режущий инструмент
- Титан обладает низкой теплопроводностью, что требует для резания специально подобранный режущий инструмент
- Обработка заготовок из титана ведется с обязательной подачей специальной эмульсии, охлаждающей инструмент под давлением, для обеспечения нормального температурного режима.
- При использовании более глубокого реза необходимо снижать скорость обработки титана, меняя режимы работы
- При фрезеровании титана сохраняйте небольшую площадь контакта. Одна из особенностей данного металла – плохая теплопроводность. Во время работы с данным металлом основной процент тепла передается на рабочий инструмент
- Используйте фрезы с большим количеством зубьев. Это позволит устранить необходимость снижения подачи на зуб, и увеличит производительность
При создании статьи использованы материалы производителей твердосплавных инструментов Sandvik, ISCAR и Kennametal.
Обработка титана будущего с Ceratizit
Снижение веса детали – основное требование в современной аэрокосмической отрасли. Это касается как гражданской, так и военной авиации. Все больше и больше находят применение композитные материалы, а детали, которые соединяют детали из композитов, изготавливаются в настоящее время все больше из титана. В связи с такой тенденцией обработка алюминия уходит на второй план. Увеличивается число субподрядчиков авиационных гигантов, которые имеют дело с труднообрабатываемым титаном.
Производители режущего инструмента делают в настоящее время упор на разработку новых сплавов, покрытий и геометрий, которые позволили бы при высокой производительности достичь низкой себестоимости изготовления деталей из трудно обрабатываемых материалов. Это возможно только при создании новых инструментов и пластин с отличной производительностью, хорошей стойкостью, отличными параметрами резания и безопасностью обработки. Недостаточно лишь улучшения имеющихся сплавов или геометрий для достижения таких целей. Поэтому ведущие инженеры Ceratizit разработали абсолютно новую комбинацию режущего материала, покрытия и геометрии, которые были изначально предназначены для обработки титановых сплавов:
• Новый сплав Ceratizit обладает отличной теплостойкостью;
• Новое покрытие Ceratizit с достаточной прочностью, отличной износостойкостью и низким коэффициентом трения;
• Новые стружколомы Ceratizit для улучшенного стружкодробления при обработке титановых сплавов.
Титановые сплавы характеризуются низкой плотностью, которая немного больше чем у алюминия. Однако при этом титан обладает большей прочностью, что позволяет изготавливать более тонкостенные детали с пониженным весом. Недостатком титановых сплавов является их трудная обрабатываемость, что отражается на повышенных затратах на изготовление деталей из-за низкой скорости обработки. Основной важной причиной этого является низкая теплопроводность титана. Титан проводит тепло примерно в 10 раз хуже, чем сталь. Титановая стружка не отводит тепло из зоны резания, и все тепло остается либо в пластине, либо в инструменте. Поэтому и было разработано новое покрытие с повышенной теплостойкостью, которое позволяет, благодаря своим характеристикам, работать на скоростях, которые на 15-20% выше, чем инструмент других производителей.
Недавно разработанное Ceratizit CVD покрытие TiB2 защищает твердый сплав от абразивного износа, а также служит тепловым барьером, чтобы тепло не дошло до самого твердого сплава при обработке. Покрытие имеет очень гладкую поверхность, чтобы стружка могла скользить по поверхности, не причиняя особого вреда пластине.
Только очень теплостойкое новое покрытие СТС5240 позволяет обрабатывать титановые сплавы пластинами с очень позитивной геометрией и острой режущей кромкой. В таком случае снижается усилие резания, тем самым также снижается теплообразование, и благодаря позитивной геометрии наблюдается отличное стружкодробление.
Таким образом, все эти положительные эффекты позволяют увеличить стойкость пластин Ceratizit на 20% по сравнению с пластинами других производителей.
Фрезерование титана: 10 советов по обработке
Существует группа металлов обработка которых требует создание особых условий с учетом повышенной твердости их структуры. Одним из элементов данной группы является титан, обладающий высокой прочностью и требующий применения специальной технологии обработки, с использованием токарных станков с ЧПУ и особо прочный инструмент. Обработка титана на токарном станке широко используется в технологических процессах для изготовления необходимых изделий в различных отраслях промышленности. Титан применяется в аэрокосмической отрасли, где его использование достигает 9 % от общего объема материалов.
Описание
Титан характеризуется тем, что он очень прочный, имеет серебристый цвет, а также обладает огромной устойчивостью к процессу ржавления. Из-за того, что на поверхности металла образуется пленка TiO2, он обладает хорошей устойчивостью ко всем внешним воздействиям. Негативно на свойствах титана может сказаться лишь влияние веществ, которые содержат в своем составе щелочь. При контакте с этими химическими веществами сырье теряет свои прочностные характеристики.
Из-за того, что продукт обладает повышенной прочностью, при токарной обработке титана приходится использовать инструмент из сверхпрочного сплава, а также создать другие особые условия при работе на токарном станке с ЧПУ.
Фрезеровка меди
Медь обладает рядом уникальных характеристик, поэтому нашла широкое применение в современной промышленности. К тому же медь обладает незаурядными эстетическими качествами. Например, табличка на дверь, выполненная фрезеровкой медной заготовки, придаст солидности хозяину кабинета и подчеркнет его социальный статус.
У меди высокая электро- и теплопроводность, в результате она применяется в электроприборах и электронике. Фрезерованием меди получают различного рода электрошины, радиаторы. Фрезерной обработкой изоляторов, покрытых медью, получают коммутационные платы. Фрезерная резка листовой меди позволяет получать точный раскрой куполов, воздуховодов, волноводов и др.
При фрезеровке меди следует приходится учитывать ряд специфических особенностей ее обработки:
- Медь очень вязкий метал. При работе с ней используются твердосплавные фрезы, требующие поддержания высокой степени остроты (иначе возможен эффект «завязания»).
- Обязательно применение СОЖ.
- Иногда приходится использовать фрезы с так называемым стружколомом, принимать меры к удалению стружки из зоны резания и не допускать засорения спиральных канавок фрезы.
- Запрещается превышать рекомендуемую подачу и частоту вращения шпинделя (нельзя «форсировать» скорость обработки).
В качестве СОЖ используется специальный состав WD40. Применение растворов на основе воды недостаточно по причине их плохой смазывающей способности.
Что нужно учитывать при обработке?
При необходимости работы с титаном обязательно нужно учитывать следующие свойства:
- Первое — это налипание. При обработке титана с использованием токарного станка создается высокая температура, из-за которой материал начинает плавиться и прилипать к режущему инструменту.
- Во время обработки также возникает мелкая дисперсная пыль. Она может детонировать, а потому во время работы очень важно строго соблюдать все правила техники безопасности.
- Для того чтобы качественно осуществить процесс резки такого сверхпрочного металла, необходим инструмент, который может обеспечить подходящий режим.
- Специально подбирать инструмент для резки приходится еще и потому, что титан характеризуется низкой теплопроводностью.
После того как обработка титана заканчивается, готовая деталь обычно подогревается, после чего ей дают остыть на открытом воздухе. Таким образом создают защитную пленку на поверхности материала, о которой было написано выше.
Состав средства для мужчин
Главным секретом действия препарата является его состав. Все компоненты натуральны, имеют растительное происхождение.
- Перуанская мака. Этот растительный компонент применяется для улучшения потенции. Положительно влияет на кровообращение. Способствует замедлению эякуляции. Возрастает либидо мужчины.
- Экстракт чертополоха. Повышает уровень тестостерона. Это также хорошо сказывается на либидо. Возрастает продолжительность полового акта.
- Горянка. Благодаря этой составляющей возрастает сексуальное влечение у мужчины. Качественно улучшается состав спермы и жизнеспособность сперматозоидов.
- Сок лишайника. Улучшает кровообращение. А именно, приток крови к члену. Также увеличивается сексуальная активность мужчины. Компонент имеет антисептические свойства.
- Эластин. Улучшает состояние кожи. Повышается упругость члена.
- Триэтаноламин. Способствует более продолжительному половому акту, помогает избежать слишком быстрой эякуляции.
- Гидролизаты аминокислот и протеинов. Это активные составляющие средства. Влияют непосредственно на изменение размеров мужского пениса.
Классификация способов обработки
Для того чтобы осуществить резку такого сырья, необходим специальный инструмент, а также токарный станок с ЧПУ. Сам процесс разделяется на несколько операций, каждая из которых осуществляется по собственной технологии.
Что касается самих операций, то они могут быть основными, промежуточными или предварительными.
При обработке титана на станках нужно помнить, что в это время возникает вибрация. Для того чтобы частично решить данную проблему, можно крепить заготовку многоступенчатым образом, а также делать это как можно ближе к шпинделю. Чтобы уменьшить влияние температуры на процесс обработки, рекомендуется использовать резцы из мелкозернистого твердого сплава без покрытия и пластин со специальным PVD. Здесь стоит обратить внимание на то, что во время обработки титана резанием от 85 до 90% всей энергии будет превращаться в тепловую, которая будет поглощаться стружкой, обрабатываемой заготовкой, резцами и жидкостью, которая предназначена для охлаждения. Обычно температура в зоне работ достигает 1000-1100 градусов по Цельсию.
Максимизация динамической жесткости системы
При механической обработке с установками с удлиненной длиной могут возникать нежелательные регенеративные колебания (вибрации) и вызывать плохую обработку поверхности, проблемы с контролем размеров и преждевременный износ инструмента. Технологи часто вынуждены сокращать параметры резания, чтобы избежать вибраций, уменьшая производительность.
Это важно, когда волнистость на заготовке, оставленной предыдущим проходом, вызывает колебания сил резания из-за изменения толщины стружки на следующей операции. Это изменение силы резания затем оставляет больше волнистости на заготовке, вызывая большее изменение сил резания, что приводит к регенеративной вибрации. Амплитуда вибрации растет и может достигать уровней, где инструмент отскакивает от заготовки или вызывает катастрофические отклонения.
Способ уменьшить вибрацию и поддерживать высокие скорости удаления металла — увеличить динамическую жесткость системы. В то время как статическая жесткость инструмента может быть увеличена за счет использования более коротких настроек инструмента или более крупных диаметров инструмента, система инструментов из Kennametal обеспечивает средства для повышения динамической жесткости за счет использования пассивного динамического поглотителя. Система разработана так, что внутренняя масса будет вибрировать на частоте, близкой к собственной частоте наиболее доминирующего режима вибрации системы. Движение внутренней массы рассеивает энергию для предотвращения вибраций.
Каждый станковый инструмент имеет свои собственные динамические колебания, но настраиваемые адаптеры позволяют наладчику настраивать пассивный демпфер, настраивая инструмент для конкретной сигнатуры станка, даже если эти колебания меняется со временем. Эта настройка также важна, когда используются фрезы с различными массами, в которых может изменяться собственная частота системы.
В тестах металлообработки наблюдалась хорошая корреляция между динамической жесткостью и уровнями вибрации, измеренными на корпусе шпинделя. Вибрации могут не только вызывать преждевременный сбой инструмента, но и уменьшать срок службы подшипника шпинделя. Предотвращение распространения вибрации через машину будет способствовать увеличению срока службы компонентов и повышению точности работы машины с течением времени.Другими словами, использование системного подхода к обработке титана дает преимущества, превышающие срок службы инструмента. Другие преимущества включают более последовательное и улучшенное качество деталей, улучшенную производительность шпинделя и более высокую точность станков.
Широкий запас противовесов заставляет действовать против маятникового движения сверла.
Сверление в титане — еще одна сложная задача. Благодаря механическим и физическим свойствам этого материала создание отверстий высокого качества с точки зрения прямолинейности, цилиндричности и округлости является сложной задачей. Высокие динамические силы обычно связаны с быстрой сегментацией стружки, которая в случае титана происходит при очень низких скоростях резания.
Читать также: Установка антимагнитных пломб на водосчетчики
В сверле Y-Tech фирмы Kennametal используется неравномерное расстояние между канавками и канавками для управления этими динамическими силами, а также маятниковое движение сверла. Положение режущих кромок создает радиальную силу, уравновешенной противоположной канавкой, прижатой к стенке отверстия. Это распределение сил уменьшает динамическое воздействие силы, что приводит к лучшей округлости и цилиндричности просверленного отверстия.
Благодаря особой геометрии режущей кромки, высокоскоростная фреза позволяет использовать утоньшение стружки для достижения более высоких скоростей подачи
Несколько простых принципов помогут сделать фрезерование титановых сплавов эффективнее. По заявлениям компании Stellram, конструкция изображенной на рисунке высокоскоростной фрезы при обработке высокотемпературных аэрокосмических сплавов обеспечивает скорость подачи, превышающую скорость фрезерных инструментов традиционной конструкции в пять раз.
Титановые и алюминиевые сплавы в некотором отношении схожи: оба металла применяются в конструктивных элементах самолетов, и в обоих случаях для изготовления детали может требоваться удаление 90 процентов исходного материала.
Пожалуй, большинство производителей хотели бы, чтобы эти металлы имели больше общих черт. Традиционно обрабатывающие алюминий поставщики авиадеталей теперь по большей части работают с титаном, поскольку в новейших авиационных конструкциях все больше используется именно данный металл.
Менеджер компании-поставщика режущих инструментов Stellram Джон Палмер, ответственный за работу с ведущими производителями авиакосмической отрасли, отмечает, что многие из таких предприятий в действительности имеют бо́льший потенциал обработки титана, чем они реализуют на данный момент. Многие ценные и эффективные технологии обработки титана достаточно просто внедрить, но лишь немногие из них используются для повышения продуктивности. Проконсультировавшись с производителями по вопросам эффективности фрезерования разных аэрокосмических сплавов, включая сплавы титана, Палмер пришел к выводу, что работа с титаном – не такой сложный процесс. Самое главное – продумать весь процесс обработки, поскольку любой элемент может оказать влияние на общую эффективность.
По словам Палмера, ключевым фактором является стабильность. При контакте инструмента с заготовкой образуется так называемый «замкнутый круг», в который входит инструмент, державка, шпиндель, станина, направляющие, рабочий стол, зажимное приспособление и заготовка. От всех этих частей зависит устойчивость процесса. Кроме того, важными аспектами являются давление, объем и способ подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а также вопросы методики и применения, освещенные в данной статье. Для максимальной реализации потенциала данных процессов, способных повысить производительность обработки титана, Палмер рекомендует следующее:
Зависимость скорости резания от дуги контакта
Совет № 1. Сохраняйте малую площадь контакта
Одна из основных проблем титана – его низкая теплопроводность. В этом металле лишь относительно малая часть вырабатываемого тепла отводится вместе со стружкой. По сравнению с другими металлами, при обработке титана бо́льший процент тепла передается на инструмент. Вследствие данного эффекта выбор рабочей площади контакта определяет выбор скорости резания.
Эту зависимость демонстрирует кривая на рисунке 1. Полный контакт – врезание по дуге 180º – возможен только при относительно низкой скорости резания. В то же время уменьшение площади контакта сокращает период выделения тепла режущей кромкой и обеспечивает больше времени для охлаждения перед новым врезанием в материал. Таким образом, уменьшение зоны контакта обуславливает возможность повышения скорости резания с сохранением температуры в точке обработки. Фрезерование с крайне малой площадью контакта и остро заточенной режущей кромкой при высокой скорости и минимальной подаче на зуб может обеспечить непревзойденное качество чистовой обработки.
Увеличение количества зубьев
Совет № 2. Увеличьте количество зубьев
Обычные концевые фрезы имеют четыре или шесть зубьев. Для титана этого может быть недостаточно. Наибольшую эффективность обработки данного металла обеспечивает инструмент с десятью или более зубьями (см. рисунок 2).
Увеличение количества зубьев устраняет необходимость снижения подачи на зуб. При этом в большинстве случаев слишком близкое расположение зубьев в десятизубой фрезе не обеспечивает достаточно пространства для отвода стружки. Тем не менее, продуктивному фрезерованию титана способствует малая площадь контакта (см. совет № 1), и образующаяся в результате тонкая стружка дает возможность использовать многозубые концевые фрезы для повышения производительности.
Совет № 3. Соблюдайте принцип «от толстой стружки к тонкой»
Данная идея связана с термином «попутное фрезерование» и предполагает такое расположение инструмента, при котором кромка врезается в материал в направлении подачи.
Принцип «от толстой стружки к тонкой»
Этому методу противопоставляется «встречное фрезерование», сопровождающееся образованием тонкой стружки на входе и толстой на выходе. Такой метод известен как «традиционный» и отличается высокой силой трения при снятии стружки в начале резания, в результате чего образуется тепло. Тонкая стружка не может поглотить и отвести это выработанное тепло, и оно передается на режущий инструмент. Затем на выходе, где толщина максимальна, возросшее режущее усилие создает опасность налипания стружки.
Попутное фрезерование, или способ формирования стружки «от толстой к тонкой», предполагает вход в заготовку с максимальной толщиной среза, а выход – с минимальной (см. рисунок 3). При фрезеровании периферией фреза «подминает» под себя заготовку, создавая толстую стружку на входе для максимального поглощения тепла и тонкую стружку на выходе для предотвращения налипания стружки.
Фасонное фрезерование требует тщательного контроля траектории инструмента, с тем чтобы инструмент продолжал входить в заготовку и выходить на обработанной поверхности нужным образом. Для этого следует не прибегать к сложным манипуляциям, а просто подавать материал вправо.
Врезание по дуге
Совет № 4. Используйте врезание по дуге
При работе с титаном и другими металлами срок службы инструмента сокращается в моменты резких колебаний усилия, в особенности при входе в заготовку. При прямом врезании в материал (что характерно практически для любой траектории инструмента) эффект сопоставим с ударом по режущей кромке молотком.
Читать также: 1Е95 токарный станок технические характеристики
Вместо этого следует аккуратно проходить режущей кромкой по касательной. Нужно выбрать такую траекторию движения, чтобы инструмент входил в материал по дуге, а не под прямым углом (см. рисунок 4). При фрезеровании от толстой стружки к тонкой дуга врезания должна совпадать с направлением вращения инструмента (по часовой или против часовой стрелки). Дуговая траектория обеспечивает постепенное увеличение силы резания, предотвращая рывки и повышая устойчивость инструмента. При этом выделение тепла и толщина стружки также постепенно возрастают до момента полного погружения в заготовку.
Снятие фаски в конце прохода
Совет № 5. Снимайте фаску в конце прохода
Резкие изменения усилия могут возникать и на выходе инструмента из материала. Как бы ни было эффективно фрезерование от толстой стружки к тонкой (совет № 3), проблема данного метода заключается во внезапной остановке постепенного утоньшения стружки, когда инструмент достигает конца прохода и начинает шлифовать металл. Такой резкий переход сопровождается соответствующим резким изменением силы, в результате чего на инструмент оказывается ударная нагрузка, способная вызвать повреждение поверхности детали. Чтобы снизить резкость, примите меры предосторожности – снимите 45-градусную фаску в конце прохода, обеспечив постепенное уменьшение радиальной глубины резания (см. рисунок 5).
Совет № 6. Выбирайте фрезы с большим вспомогательным задним углом
Острая режущая кромка минимизирует усилие резания титана, но при этом она должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать давление резания.
Фрезы с большим вспомогательным задним углом
Конструкция инструмента с большим вспомогательным задним углом, где первая область кромки с положительным углом наклона принимает на себя нагрузку, а следующая за ней вторая область с бо́льшим углом увеличивает зазор, позволяет решить обе эти задачи (см. рисунок 6). Такая конструкция довольно широко распространена, но именно в случае титана экспериментирование с различными величинами вспомогательного заднего угла позволяет достигнуть существенного увеличения производительности и срока службы инструмента.
Совет № 7. Изменяйте осевую глубину
Режущая кромка инструмента может подвергаться окислению и воздействию химических реакций. Многократное использование инструмента с одной и той же глубиной врезания может привести к преждевременному износу в зоне контакта.
Измерение осевой глубины
В результате последовательных осевых врезаний поврежденная область инструмента вызывает деформационное упрочнение и образование зазубрин, наличие которых недопустимо на деталях аэрокосмического оборудования, поскольку данный поверхностный эффект может вызвать необходимость преждевременной замены инструмента. Этого можно избежать, защитив инструмент путем изменения осевой глубины резания для каждого прохода и распределив тем самым проблемную область по разным точкам зубьев (см. рисунок 7). В процессе точения аналогичного результата можно достичь обтачиванием конической поверхности при первом проходе и обработкой цилиндрической поверхности при последующем – это позволит предотвратить образование проточин.
Ограничение осевой глубины обработки тонких элементов
Совет № 8. Ограничьте осевую глубину обработки тонких элементов
Во время фрезерования тонкостенных и выдающихся элементов титановых деталей важно помнить о соотношении 8:1. Чтобы избежать искривления стенок пазов, фрезеруйте их последовательно в осевом направлении вместо обработки по всей глубине за один проход концевой фрезы. В частности, осевая глубина резания при каждом проходе не должна превышать конечную толщину стенки более чем в 8 раз (см. рисунок 8). Например, для достижения толщины стенки 2 мм осевая глубина соответствующего прохода должна составлять максимум 16 мм.
Несмотря на ограничение глубины, данное правило все же позволяет сохранить производительность фрезерования. Для этого тонкие стенки нужно фрезеровать так, чтобы вокруг них оставалась необработанная область, а толщина элемента в 3 или 4 раза превышала конечную толщину. Если нужно получить стенку толщиной 7 мм, согласно правилу 8:1 осевая глубина может достигать 56 мм. При обработке толстых стенок следует соблюдать небольшую глубину прохода до достижения окончательного размера.
Использование инструмента значительно меньше паза
Совет № 9. Используйте инструмент значительно меньше паза
В силу большого количества тепла, поглощаемого при обработке титана, фрезе требуется пространство для охлаждения. При фрезеровании небольших пазов диаметр инструмента не должен превышать 70 процентов от диаметра (или сопоставимого размера) паза (см. рисунок 9). При меньшем зазоре существенно возрастает риск ограничения доступа охлаждающей жидкости к инструменту, а также задерживания стружки, которая могла бы отводить хотя бы часть тепла.
Данное правило также применимо при фрезеровании открытой поверхности. При этом ширина элемента должна составлять 70 процентов от диаметра инструмента. Смещение инструмента составляет 10 процентов, что способствует утоньшению стружки.
Использование инструментальной стали
Совет № 10. Обратите внимание на инструментальную сталь
Высокоскоростные фрезы, изначально разработанные для обработки инструментальной стали при изготовлении пресс-форм, в последние годы начали активно использоваться в производстве титановых деталей. Высокоскоростная фреза не требует большой осевой глубины резания, и на такой глубине скорость подачи превышает показатели фрез традиционной конструкции.
Данные характеристики обусловлены утоньшением стружки. Ключевая особенность высокоскоростных фрез – пластины с большим радиусом закругления кромки (см. рисунок 10), способствующим распределению образуемой стружки по увеличенной площади контакта. Благодаря этому при осевой глубине резания 1 мм возможно образование стружки толщиной всего 0,2 мм. В случае титана такая тонкая стружка устраняет необходимость в низкой подаче на зуб, обычно используемой для данного металла. Таким образом, становится возможным установка скоростей подачи значительно выше стандартных.
Источник материала: перевод статьи 10 Tips for Titanium, Modern Machine Shop
Автор статьи-оригинала: Питер Зелински (Peter Zelinski), главный редактор
Регулировка параметров обработки
Во время обработки такого сверхпрочного материала необходимо учитывать три основных параметра:
- угол фиксации рабочего инструмента;
- размерность подачи;
- скорость резания.
Если регулировать данные параметры, то с их помощью можно изменить и температуру обработки. При разных режимах обработки наблюдаются и разные параметры данных характеристик.
Для предварительной обработки со срезом верхнего слоя до 10 мм допускается припуск в 1 мм. Для работы таком режиме обычно выставляются следующие параметры. Во-первых, угол фиксации от 3 до 10 мм, во-вторых, размерность подачи от 0,3 до 0,8 мм, а скорость резания выставляет 25 м/мин.
Промежуточный вариант обработки титана предполагает срез верхнего слоя от 0,5 до 4 мм, а также образование ровного слоя припуска 1 мм. Угол фиксации 0,5-4 мм, размерность подачи 0,2-0,5 мм, скорость подачи 40-80 м/мин.
Основной вариант обработки — это снятие слоя 0,2-0,5 мм, а также удаление припусков. Скорость работы 80-120 м/мин, угол фиксации 0,25-0,5 мм, а размерность подачи 0,1-0,4 мм.
Здесь также очень важно отметить, что механическая обработка титана на таком оборудовании всегда проводится только при наличии подачи специальной охлаждающей эмульсии. Субстанция подается под давлением на рабочий инструмент. Это необходимо для того, чтобы создать нормальный температурный режим работы.
На сколько сантиметров можно рассчитывать
Прирост зависит от физиологии, – имеет значение генетическая предрасположенность тканей к растяжению, содержание в клетках коллагена, эластина. На увеличение влияют такие факторы, как стресс, курение, режим сна. В среднем, каждый мужчина прибавляет не менее 2 см за курс. Максимальная динамика, достигнутая в ходе практического применения, составляет 5.5 см.
Результативность в прогрессе:
- 2 неделя – за 14 суток ежедневного нанесения средняя прибавка по длине равна 1 см. Стартует рост в обхват;
- 3 неделя – на 21 день идет активное развитие, укрепление тканей. Сохраняется природная функциональность и форма. Общий плюс достигает 2 см;
- 4 неделя – пиковое деление и рост. К концу месяца увеличение доходит до 3.5-5 см.
Инструмент для обработки
Требования, которые предъявляются к инструменту для обработки материала, довольно высоки. Чаще всего обработка титана и сплавов производится при использовании резцов, у которых имеются съемные головки, а устанавливаются они на станки с ЧПУ. Во время эксплуатации рабочий инструмент подвергается абразивному, адгезийному и диффузному изнашиванию. Особое внимание стоит уделить диффузному изнашиванию, так как в это время происходит процесс растворения и режущего материала, и заготовки из титана. Наиболее активно эти процессы протекают, если температура находится в пределах от 900 до 1200 градусов по Цельсию.
Фрезеровка чугуна
Главное отличие чугуна от стали — более высокое содержание углерода. Ранее чугун был очень востребован в промышленности. Его принято ассоциировать с беспроблемной обработкой. Но прогресс не стоит на месте и наряду с традиционными видами чугуна, такими как серый, чугун с шаровидным графитом и белый появляются новые виды, требующие особых подходов. Так, благодаря развитию материаловедения, появилися чугун с вермикулярным графитом, высокопрочный чугун с изотермическим отжигом и еще целый ряд модифицированных чугунов.
Основные нюансы при фрезеровке чугуна таковы:
- Серый чугун — с графитом, содержащимся в пластичной форме. Это обуславливает его абразивность. При фрезеровке чугуна стружка короткая, он легко поддается обработке.
- Чугун с графитом шаровидной формы труднее обрабатывается, дает более длинную стружку.
- Чугун с вермикулярным графитом содержит связанный графит в форме спирали. При фрезеровке такого чугуна требуется применять специализированные фрезы снижающие образование заусенцев и сокращающие износ инстумента.
Фрезеровка чугуна возможна как с СОЖ, так и без. Более предпочтительным является сухое фрезерование, при котором приходится применять особый инструмент, но зато снижается вероятность брака (выкрашивание заготовки, формирование заусенцев, образование микротрещин) и уменьшается износ оснастки.
Требования к инструменту
Особенность обработки титана заключается еще и в том, что необходимо подбирать рабочий инструмент в зависимости от того, какой режим работы выбран.
Для работы в предварительном режиме чаще всего используются пластины с круглой или же квадратной формой марки iC19. Изготавливаются данные пластины из специального сплава, который маркируется как Н13А и не имеет покрытия.
Для того чтобы успешно обрабатывать титан промежуточным способом, необходимо уже использовать только круглые пластины из того же сплава Н13А или же из сплава GC1155 с покрытие PDV.
Для наиболее ответственного, основного способа обработки применяются круглые насадки со шлифовальными режущими кромками, которые изготавливаются из сплавов Н13А, GC 1105, CD 10.
Важно добавить, что при обработке на токарных станках с ЧПУ допускается самое минимальное отклонение от формы детали, которая была указана в техническом задании. Чаще всего элементы, изготовленные из такого сплава, не имеют отклонений от нормы вовсе.
Основная проблема при обработке
Основная проблема, с которой сталкиваются при обработке этого сырья, это налипание и задирание на инструмент. Из-за этого термическая обработка титана очень сложна. Кроме того, достаточно много проблем доставляет и тот факт, что металл отличается очень низкой теплопроводностью. Из-за того, что другие металлы сопротивляются нагреву гораздо слабее, при контакте с титаном чаще всего они образуют сплав. Это является основной причиной быстрого износа инструментов. Для того чтобы несколько уменьшить задирание и налипание, а также отвести часть выделяемого тепла, специалисты рекомендуют делать следующее:
- во-первых, нужно обязательно использовать охлаждающую жидкость;
- во-вторых, при проведении заточки заготовок, к примеру, должны использоваться инструменты из таких же сверхпрочных материалов;
- в-третьих, при обработке сырья при помощи резцов скорость значительно понижают, чтобы снизить нагрев.
Принцип действия препарата
Эффект от препарата Titan Gel достигается следующим образом:
- Натуральные компоненты препарата улучшают кровоток в области малого таза;
- Каверна (или пещеристое тело члена) и губчатое тело, которые составляют ствол полового органа, наполняются кровью. Эти ткани обеспечивают кровенаполнение пениса и отвечают за эректильную функцию. Наполнившись кровью, они увеличивают размер органа;
- Массажные движения при втирании крема, дополнительно стимулируют приток крови. Тем самым, увеличивая эффект.
Оксидирование и азотирование титана
Начать стоит с азотирования титана, так как этот вид обработки гораздо сложнее, чем оксидирование. Технологический процесс выглядит следующим образом. Изделие из титана нагревают до 850-950 градусов по Цельсию, после чего деталь необходимо поместить в среду с чистым газообразным азотом на несколько суток. После этого на поверхности элемента образуется пленка из нитрида титана, благодаря химическим реакциям, которые будут протекать в течение этих суток. Если все прошло успешно, то на титане появится пленка золотистого оттенка, которая будет отличаться повышенной прочностью и стойкостью к истиранию.
Что касается оксидирования титана, то метод является очень распространенным и принадлежит, как и предыдущий, к термической обработке титана. Начало процесса ничем не отличается от азотирования, деталь нужно нагреть до температуры в 850 градусов по Цельсию. А вот процесс остывания происходит не постепенно и в газовой среде, а резко и с использованием жидкости. Таким образом можно получить пленку на поверхности титана, которая будет прочно с ним связана. Наличие такого типа пленок на поверхности приводит к увеличению прочности и стойкости к стиранию в 15-100 раз.
Соединение деталей
В некоторых случаях изделия из титана выступают частью большой конструкции. Это говорит о том, что возникает необходимость соединения разных материалов.
Для того чтобы соединять изделия из этого сырья используется четыре основных метода. Основной из них — это сварка, используется еще пайка, механический способ соединения, предполагающий использование заклепок и соединение при помощи болтового крепления.На сегодняшний день основной метод обработки для соединения изделий в одну конструкцию — это сварка в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов.
Что касается пайки, то этот метод применяется только в том случае, если сварка невозможна или же нецелесообразна. Данный процесс осложняется некоторыми химическими реакциями, которые возникают в результате пайки. Чтобы выполнить механическое соединение при помощи болтов или заклепок, придется также применить специальный материал.
Противопоказания
В виду того, что состав абсолютно натуральный, противопоказаний к применению нет. В редких случаях это может быть:
- Аллергическая реакция на компоненты геля;
- Поврежденные участки кожи полового органа;
- Индивидуальная непереносимость.
Возрастных ограничений для использования Titan Gel также нет.
Внимание! Титан Гель не является лекарственным средством. При воспалительных процессах или заболеваниях обращаться к доктору для назначения курса лечения.
Шлифование титанового сплава – Выбор круга для шлифования титана
Титановые сплавы плохо обрабатываются резанием, так как отличаются высоким отношением предела текучести к временному сопротивлению разрыва. Для титановых сплавов это соотношение составляет 0,85-0,95 (для сталей – 0,65-0,75). Во время работ с титановыми сплавами возникают большие удельные усилия, а это приводит к высоким температурам в зоне резания.
Обработка титана
Титан может налипать на шлифовальный круг из-за сильной адгезии и высоких температур. Этот процесс вызывает существенную силу трения. К тому же прилипание, прижог или приваривание титана к рабочему инструменту приводят к изменению форм заготовок. Это ведет к тому, что необходимо прилагать больше усилий для обработки титана, повышается температура, снижается износостойкость абразивного круга.
Самая трудоемкая работа – это резка и сверление грубых пластинчатых сплавов с газонасыщенным слоем. Чтобы снизить энергетические затраты, следует знать и соблюдать такие условия:
- Необходим качественный шлифовальный круг и рабочий инструмент, сделанный из твердых сплавов или стали.
- Важно соблюдать малые обороты станка.
- Следует постоянно подавать охлаждающие составы.
Способы механической обработки титана:
1. Резка.
Механическая резка титана требует значительных энергозатрат, она сложна. Из-за недостаточной теплопроводности происходит неравномерное повышение температуры, а это ухудшает процесс охлаждения. От температуры усиливается процесс окисления, что ухудшает свойства отшлифованных изделий.
Уровень нагрева детали зависит от:
- скорости резания,
- силы подачи,
- глубины реза.
Чтобы поддерживать нормальную температуру в зоне реза, можно использовать легирование водородом. Данный способ помогает снизить силу реза и увеличить износостойкость. К тому же данным методом уменьшают срок шлифовки заготовки.
2. Фрезерование.
Данный процесс считается одним из наиболее сложных в работе с титановыми сплавами. Механическая обработка титана происходит обычно на высокомощных фрезеровочных станках. Различают такие фрезы:
- Вогнутые или выпуклые фасонные.
- Сборные.
- Концевые.
3. Шлифовка (описана далее).
4. Сверление.
Когда идет процесс сверления, титановая стружка налипает на поверхность инструмента. Так отводящие каналы сверла засоряются. Поэтому необходимо использовать специальное оборудование из твердых металлов и периодически чистить инструмент в процессе работы.
Особенности шлифования титановых сплавов
Обработку прочных материалов, к примеру, титановых сплавов, применяют в машиностроении, авиационной, ракетной и космической технике, металлургии, нефтяной и газовой промышленностях.
В процессе обработки титановых заготовок период стойкости кругов уменьшается в 15-20 раз, а затраты на правку достигают 60-70% от общего времени, затраченного на работу.
Сложна и финишная обработка. На сплавах могут появиться прижоги, стружка налипает, а связи в оксидной пленке разрушаются. Все это приводит к дефектам изделия.
Шлифование подобных заготовок необходимо осуществлять на низких оборотах станка со специальными режимами. Детали можно упрочнять пластическим деформированием для достижения более высокого качества. В конце работы мастер должен проверять заготовку на наличие прижогов или других возможных дефектов.
Помимо шлифования, можно выбрать абразивную или лезвийную обработку титановых сплавов. Завершить шлифование можно непрерывной абразивной лентой (на которую нанесет соответствующий размер абразивных зерен) или кремниевым кругом.
Выбор круга для шлифования титанового сплава
Изначально шлифование титановых сплавов было непроизводительным. Всего 0,7 см3 снималось с заготовки при износе круга в 1 см3. Позже удалось дойти до отметки в 16 см3 при работе с нелегированным титаном.
Шлифование улучшилось благодаря снижению скорости вращения шлифкруга и применению смазочных охлаждающих составов. Оптимальным абразивным материалом выявили тот, который имеет зернистость 60 или 80. Отличным абразивом позже стала окись алюминия.
Обдирка или удаление и зачистка поверхности от дефектов, заусенцев и т.д. может осуществляться с помощью качающейся рамы или портативного шлифовального станка. В этом процессе применяют карборундовые и фирменные шлифовальные камни, скорость которых равна 1800 м/мин. Окончательная отделка возможна с карборундовыми шлифовальными кругами, которые будут работать на скорости 2900 м/мин.
Шлифование титановых сплавов. В этом виде работ часто применяют шлифовальные круги с качественным маслом прямой гонки или с техническим антикоррозионным раствором. Хорошие результаты показывают карборундовые круги CD-12 с зернистостью 60 и 80.
Следующий вид обработки – отрезка, которую не выполняют без охлаждения. Иначе это приведет к прижогам и трещинам. Если нет возможности охладить деталь, лучше применить шлифовальный круг A54-L8B со скоростью 2900 м/мин. Отрезать деталь, которая имеет диаметр 13 мм, возможно кругами 37C60-POR-30 или TC60-16-RR при скорости 2900 м/мин. Процесс следует охлаждать маслом или антикоррозийным раствором. Для работы с прутками более 13 мм можно использовать круги той же марки. Для настольного шлифования не нужны смазочно-охлаждающие жидкости, круг можно использовать такой – A36-K8-VBE.
Круглое шлифование, когда снимается большой объем стружки, производится кругом 32A60-K8-VBE, для снятия малого количества стружки – 32A60-J8-VBE. Обязательно следует применять 10%-ный антикоррозийный раствор или масло прямой гонки. Скорость обработки в таком случае может колебаться от 550 до 610 м/мин.
Внутреннее шлифование следует проводить на скорости 520 м/мин кругом 32A46-J8-VBE и с 10%-ным раствором антикоррозийной эмульсии. Если скорость работы круга около 1830 м/мин, подойдут круги 32A60-L5-VBE.
Полировку выполняют камедистой пастой, а снятие окалины – составом Нортон 180 Кристолон. Тонкое полирование можно провести алундовой пастой (крупность зерна В).
Как проводится шлифовка титана
Какие трудности могут возникнуть при шлифовании подобного рода материала:
- Быстрое снижение износостойкости абразивного круга.
- Высокий уровень температуры, что уменьшает стойкость инструмента и приводит к прижогу на заготовке.
- Налипание стружки, а это снижает режущие свойства абразива.
- Как следствие – плохое качество шлифовки поверхности.
Силы резания при обработке титановых сплавов такие же, что и у сталей, а их более низкая обрабатываемость связана с меньшей теплопроводностью и повышенным коэффициентом трения, увеличивающими температуру в зоне резания. Кроме того, титановые сплавы обладают меньшим модулем упругости, чем стальные изделия, а это снижает жесткость деталей, возникают вибрации. Такое в основном происходит при жестких режимах шлифования.
Что касается смазочных и охлаждающих жидкостей, то антикоррозийные растворы и специфические масла прямой гонки способны увеличить коэффициент шлифования. Довольно часто специалисты применяют первый тип охлаждения.
В настоящее время механическая обработка титана является малоизученной областью. В работе с такими заготовками больше вопросов, чем ответов, поэтому следует опираться на опыт тех, кто уже работал с подобными сплавами.
Посмотрите также:
Механическая резка и обработка титана
Механическая резка, обработка титана и титаносодержащих сплавов предъявляет очень высокие требования к оборудованию и накладывает определенные ограничения на использование стандартных технологий. Для титана характерен значительный коэффициент отношения прочности к весу в сочетании с небольшим модулем упругости. По этой причине материал при механическом воздействии генерирует концентрированные силы резания, в свою очередь, вырабатывающие сильные вибрации. Неудовлетворительная теплопроводность провоцирует образование избыточной тепловой энергии в зоне реза, что может привести к деформационному упрочению готовых изделий. При механической резке, обработке титановых сплавов важную роль играют ресурсные (в особенности усталостные) характеристики, напрямую зависящие от свойств поверхностного слоя. На степень обрабатываемости материала влияет не только его химическая составляющая, но и особенности микроструктуры. Наибольшую сложность представляет резка и сверление грубых пластинчатых сплавов с газонасыщенным верхним слоем. Трудоемкость процесса в 3-4 раза превосходит аналогичные показатели сплавов из углеродистых сталей, в 5-7 раз – показатели алюминия. Для снижения энергозатрат необходимо соблюдение следующих условий:- применение качественного режущего инструмента, изготовленного из твердых сплавов либо прочной стали;
- использование минимальных оборотов станка;
- непрерывная подача охлаждающих жидких составов.
Виды механической обработки титана
Среди способов механической обработки титана выделяют резку, фрезеровку, шлифовку и сверление.Резка титана
Уровень прочностных показателей титаносодержащих сплавов крайне осложняет их резку. Из-за высокого коэффициента соотношения предела текучести к длительности сопротивления разрыву (примерно 0,85-0,95) механическая резка титана требует значительных энергозатрат. Недостаточная теплопроводность провоцирует стремительное и неравномерное повышение температуры в зоне реза, что усложняет процесс охлаждения. Адгезия способствует накоплению стружки на режущей кромке, что увеличивает силу трения. Прилипание отработанных частиц материала в местах прямого контакта меняет заданную геометрию режущих приспособлений. Любые отклонения от заданной конфигурации провоцируют дальнейшее увеличение прилагаемых усилий и повышение уровня нагрева. Под влиянием высоких температур запускается процесс окисления — образовавшая пленка значительно ухудшает эксплуатационные свойства изделий. Уровень нагрева заготовки зависит от трех факторов (по убыванию значимости):- скорость резания,
- сила подачи,
- глубина реза.
Фрезерование титана
Фрезерование считают самой трудоемкой операцией при изготовлении деталей из титановых сплавов. Механическая обработка титана предполагает использование тяжелых фрезеровочных станков высокой мощности. Различают несколько видов усиленных фрез:- Вогнутые или выпуклые фасонные.
- Сборные (с регулируемым углом).
- Концевые (с возможностью подводки под определенным углом).
Сверление титана
Процесс сверления титана сопровождается активным налипанием мельчайшей стружки на рабочую поверхность инструмента, что провоцирует засорение отводящих каналов сверла. В итоге сопротивление материала усиливается, режущая кромка быстро выходит из строя. Во избежание поломок требуется проводить периодическое очищение инструментария и использовать оборудование из твердых металлов.Шлифовка титана
Специфические свойства титановых сплавов затрудняют финишную обработку. Под влиянием силы трения связи в оксидной пленке быстро разрушаются; в точках соприкосновения с оборудованием происходит активное налипание образовавшейся стружки на режущую кромку. Титановые сплавы склонны к появлению прижогов, образованию значимых дефектов на поверхности, высокому уровню остаточного напряжения и излишнему внутреннему растяжению. Эти факторы негативно влияют на усталостные характеристики готового изделия. Ухудшению качества деталей способствуют и другие свойства сплава, к примеру значительное повышение упругой деформации при сравнительно невысоком модуле упругости. По вышеперечисленным причинам шлифование титановых заготовок проводят исключительно на пониженных оборотах станка, задействуя специальные режимы. Для повышения качества детали упрочняют пластическим деформированием. На заключительном этапе осуществляют строгую проверку на наличие прижогов и других дефектов. Альтернативой шлифования служит лезвийная или абразивная обработка. Для окончательной шлифовки поверхности титана используют непрерывную абразивную ленту либо высокопрочные кремниевые круги.Оптимизация механической резки, обработки титана
Титан — один из самых прочных металлов, поэтому его обработка подразумевает применение мощной техники и высокорезультативных технологий. Для решения сложных задач чаще всего используют мультизадачное оборудование — современные станки, способные объединить несколько операций. Обрабатывающие центры работают по принципам максимальной цикличности производства. Последовательную обработку каждой детали проводят при помощи разнопрофильных насадок, установленных на одном станке. Таким образом достигается оптимальная скорость проведения работы. Для механической резки, обработки титана подходят станки, адаптированные под манипуляции с вязкими и твердыми металлами. Они нацелены на снижение уровня возможных вибраций. Для уменьшения нежелательных эффектов проводят мероприятия по усилению жесткости крепления заготовки (как вариант — деталь крепят на небольшом расстоянии от шпинделя). Немаловажную роль играет качество выбранного инструментария и точное соблюдение его геометрических параметров. В промышленных масштабах используют фрезы и резцы из быстрорежущих сталей или твердых сплавов. Большое значение имеет точность торцевого и радиального биения инструмента: неправильная установка пластин, низкие допуски или высокая степень износа могут оказать негативное влияние на качество обработки. В процессе обработки титана обязательно используют галлоидосодержащие смазывающе-охлаждающие жидкости (СОЖ). Активное орошение обрабатываемых деталей понижает степень нагрева в месте реза, повышает производительность и увеличивает срок службы применяемых сверл и фрез. СОЖ образует на поверхности титановых деталей солевую корку, при нагревании вызывающую коррозию. Чтобы избежать разрушения сплава, применяют облагораживающее травление. Во время этой процедуры снимают поверхностный слой толщиной в сотые доли миллиметра. В процессе финишных операций применение охлаждающих растворов не требуется.| Наименование | Шт. | |||
| 1 | H856G.314.016 Бор твердосплавный для обработки титана во рту под подконусный желобообразный уступ, со скругленным кончиком, хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,6 мм | 1 | ||
| 2 | H856G.314.018 Бор твердосплавный для обработки титана во рту под подконусный желобообразный уступ, со скругленным кончиком, хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,8 мм | 1 | ||
| 3 | H847KRG.314.016 Бор твердосплавный для обработки титана во рту, конический плечевой уступ, закругленная кромка, хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,6 мм | 1 | ||
| 4 | H847KRG.314.018 Бор твердосплавный для обработки титана во рту, конический плечевой уступ, закругленная кромка, хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,8 мм | 1 | ||
| 5 | h479G.314.023 Бор твердосплавный для обработки титана во рту, оливовидный, хвостовик турбинный (FG), L раб. части 4,2 мм, Ø=2,3 мм | 1 | ||
| 6 | h475R.314.016 Финир для конусного желобообразного уступа, скруглённый кончик, 12 лезвий (стандартный), хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,6 мм, угол 2° | 1 | ||
| 7 | h475R.314.018 Финир для конусного желобообразного уступа, скруглённый кончик, 12 лезвий (стандартный), хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,8 мм, угол 2° | 1 | ||
| 8 | h436.314.016 Финир под конусный плечевой уступ, скруглённая кромка, 12 лезвий (стандартный), хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,6 мм, угол 2° | 1 | ||
| 9 | h436.314.018 Финир под конусный плечевой уступ, скруглённая кромка, 12 лезвий (стандартный), хвостовик турбинный (FG), L раб. части 8,0 мм, Ø=1,8мм, угол 2° | 1 | ||
| 10 | h479.314.023 Финир оливовидный, 12 лезвий (стандартный), хвостовик турбинный (FG), L раб. части 4,2 мм, Ø=2,3 мм | 1 | ||
«Лазерная обработка титана. Изготовление крупногабаритных высокоточных конструкций из титановых, алюминиевых сплавов и сталей»
Цели практического совещания – круглого стола:
1. Предоставить участникам возможность высказать свою точку зрения на обсуждаемую проблему, а в дальнейшем сформулировать либо общее мнение, либо четко разграничить разные позиции сторон. Организатор круглого стола, представляет производственные возможности и технологии лазерной резки, сварки, наплавки, термоупрочнения используемые в производстве предприятия.
2. Выработать наиболее эффективную схему сотрудничества работы в кооперации с целью сокращения времени, производственных затрат и качества изготовления высокопрочных, крупногабаритных и сложных формы конструкций, комплектующих и сборов из титановых, алюминиевых сплавов и сталей.
Презентации и доклады:
· «Технологии производства титана и его сплавов, применение их в отраслях экономики РФ и ВПК»;
· «Лазерная обработка титана. Изготовление крупногабаритных высокоточных конструкций из титановых, алюминиевых сплавов и сталей»;
· «Опыт приемки крупногабаритных высокоточных конструкций из титановых, алюминиевых сплавов и сталей, с применением лазерной обработки»;
· «Использования лазерного излучения в прецизионной обработке нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов».
· «Лазерные технологии при производстве высокопрочных твердых поверхностей листов и плит».
Вопросы для обсуждения:
|
Перечень нормативно-технической базы и Государственных стандартов, регламентирующих резку, сварку и поверхностное упрочнения титана и его сплавов. Полнота, недостатки, выработка предложений по внесению изменений, дополнений в Государственные стандарты и нормативно-техническую документацию. |
«Разработка технологии лазерной обработки титановых сплавов и их промышленное применение при изготовлении высокоточных крупногабаритных конструкций в качестве комплектующих изделий, производимых предприятиями ВПК».
|
Титан
Титан и его сплавы имеют очень благоприятное отношение прочности к массе. Они также устойчивы к коррозии, поскольку на их поверхности образуется тонкий, но очень эластичный оксидный слой. Таким образом, они используются там, где важны прочность, легкость и устойчивость к коррозии. Хотя использование титана ограничено его высокой стоимостью, появляются новые процессы, которые, вероятно, значительно снизят затраты, что позволит более широко использовать титан и его сплавы.
Применение титана
Рисунок 1 Использование титана.
Почти весь титан используется в сплаве с другими металлами. Среди наиболее важных легирующих металлов – алюминий, ванадий, молибден, марганец, железо, олово, хром и цирконий. Один из наиболее используемых имеет состав из 90% титана, 6% алюминия, 4% ванадия, который часто обозначается как Ti-6AI-4V.
Аэрокосмическая промышленность является крупнейшим пользователем титановых сплавов, применяя их в основном планере (корпусе) самолетов, а также в различных частях двигателей, шасси и гидравлических трубах (рис. 2).
|
Благодаря своей прочности и устойчивости к химическому воздействию, металл и сплавы используются там, где другие материалы (даже нержавеющая сталь) могут быстро разрушиться, например, в морской воде.Они используются в судовых винтах и опреснительных установках, а также в реакторах и трубопроводах химических заводов.
Ежегодно в мире используется более 1000 тонн титановых сплавов для изготовления хирургических имплантатов, включая детали для замены тазобедренного и коленного суставов (рис. 3). Они также используются в зубных имплантатах в качестве корней для замещающих зубов и для кардиостимуляторов.
|
Недавно некоторые здания были облицованы верхней поверхностью из чистого титана для получения впечатляющего эффекта (рис. 4).
|
Годовое производство титана
| Весь мир | 171 000 тонн |
| Китай | 80 000 тонн |
| Россия | 42 000 тонн |
| Япония | 30 000 тонн |
| Казахстан | 9 000 тонн |
| Украина | 9 000 тонн |
Данные из:
U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2016.
Данные по США отсутствуют.
Производство титана
Титан составляет 0,63% земной коры и является четвертым по распространенности структурным металлом после алюминия, железа и магния.
Титановые месторождения, которые можно добывать экономически, находятся по всему миру. Основными рудами являются рутил (TiO 2 ) и ильменит (FeTiO 3 ) в отложениях пляжного песка (Западная Австралия), ильменит-гематит (Канада) и ильменит-магнетит (Украина) в месторождениях твердых пород (Рисунок 5). .Хотя рутил более редок и дороже, чем ильменит, он используется чаще, поскольку не содержит соединений железа и, следовательно, легче поддается переработке. Однако иногда ильменит обрабатывают для удаления железа и получения «синтетического» рутила.
Рис. 5 Складирование концентрата тяжелых минералов, который содержит рутил, ильменит и циркон
, а также другие тяжелые минералы, не представляющие ценности. Затем он будет подвергнут дальнейшей обработке
для отделения рутила перед началом процесса извлечения титана.
С любезного разрешения Iluka Resources.
Процесс Кролла
Большая часть титана производится из руд, содержащих диоксид титана, с использованием длительного четырехступенчатого процесса:
a) хлорирование руды до хлорида титана (IV)
b) очистка хлорида титана (IV)
c) восстановление титана (IV) хлорид до титановой губки
г) обработка титановой губки
(a) Хлорирование руды до хлорида титана (IV)
Диоксид титана термически стабилен и очень устойчив к химическому воздействию.Его нельзя восстановить с помощью углерода, оксида углерода или водорода, а восстановление с помощью более электроположительных металлов является неполным. Однако, если оксид превращается в хлорид титана (IV), путь к титану становится жизнеспособным, поскольку хлорид восстанавливается легче.
Сухая руда подается в хлоратор вместе с коксом, образуя псевдоожиженный слой. После предварительного нагрева слоя тепла реакции с хлором достаточно для поддержания температуры 1300 K:
(b) Очистка хлорида титана (IV)
Неочищенный хлорид титана (IV) очищают перегонкой после химической обработки сероводородом или минеральным маслом для удаления оксихлорида ванадия, VOCl 3 , который кипит при той же температуре, что и хлорид титана (IV).Конечный продукт представляет собой чистый (> 99,9%) хлорид титана (IV), который может использоваться либо для производства титана, либо окисляться для получения диоксида титана для пигментов.
Резервуары для хранения должны быть полностью сухими, поскольку продукт подвергается быстрому гидролизу в присутствии воды с образованием плотных белых паров хлористого водорода:
(c) Восстановление хлорида титана (IV) до губчатого титана
Хлорид титана (IV) – летучая жидкость. Его нагревают, чтобы получить пар, который подают в реактор из нержавеющей стали, содержащий расплавленный магний (в избытке), предварительно нагретый до примерно 800 К в атмосфере аргона.Экзотермические реакции с образованием хлоридов титана (III) и титана (II) вызывают быстрое повышение температуры примерно до 1100 К. Эти хлориды медленно восстанавливаются, поэтому температура повышается до 1300 К для завершения процесса восстановления. Тем не менее, это длительный процесс:
Через 36-50 часов реактор вынимают из печи и дают остыть не менее четырех дней.
Непрореагировавший магний и смесь хлорид / титан извлекают, измельчают и выщелачивают разбавленной соляной кислотой для удаления хлорида магния.В альтернативном методе, используемом в Японии, хлорид магния вместе с непрореагировавшим магнием удаляют из титана путем высокотемпературной вакуумной перегонки.
Хлорид магния подвергается электролизу с образованием магния для стадии восстановления, а хлор возвращается на стадию хлорирования руды.
Титан очищают высокотемпературной вакуумной перегонкой. Металл имеет форму пористой гранулы, которую называют губкой. Это может быть переработано на месте или продано другим компаниям для преобразования в титановую продукцию.
Рис. 6 Сводка по переработке титановой руды в полезные продукты.
(d) Обработка титановой губки
Поскольку титановая губка легко реагирует с азотом и кислородом при высоких температурах, губку необходимо обрабатывать в вакууме или в инертной атмосфере, такой как аргон. На этой стадии может быть добавлен титановый лом, а также могут быть добавлены другие металлы, если требуется титановый сплав. Распространенным методом является сжатие материалов вместе для создания большого блока, который затем становится электродом в электродуговом плавильном тигле.Между тиглем и электродом образуется дуга, в результате чего электрод плавится в тигле, где он охлаждается, и образует большой слиток. Это можно повторить для получения более качественного слитка «второй плавки».
ITP Армстронг Процесс
Титан и его сплавы можно производить из хлорида титана (IV), используя натрий вместо магния. Хотя химический состав не нов, сейчас разработан непрерывный, а не периодический процесс, что значительно снижает затраты.
Рис. 7 Непрерывный процесс восстановления хлорида титана (IV).
Пары хлорида титана (IV) вводятся в поток расплавленного натрия, и хлорид восстанавливается до металла. Титан и хлорид натрия образуются в виде твердых веществ и извлекаются из потока натрия фильтрованием. После удаления остаточного натрия металлический титан можно отделить от соли простой промывкой. Хлорид натрия сушат, нагревают до расплавления и электролизуют, образуя натрий для повторного использования и хлор для начальной стадии хлорирования.
Если исходный хлорид титана (IV) тщательно смешивается с правильными пропорциями хлоридов других металлов перед подачей в поток жидкого натрия, в результате получается порошок титанового сплава очень высокого качества, что является одним из основных преимуществ этого процесса.Например, Ti-6Al-4V получают путем включения хлорида алюминия и хлорида ванадия (IV) в правильных пропорциях в сырье.
FFC Кембриджский процесс
Исследования в Кембридже (Великобритания) привели к разработке электролитического метода восстановления диоксида титана непосредственно до титана.
Диоксид итана (обычно рутил) измельчают в порошок, а затем превращают в гранулы, которые служат катодом. Их помещают в ванну с расплавленным хлоридом кальция и соединяют с металлическим стержнем, который действует как проводник.Ячейка комплектуется угольным анодом. При подаче напряжения оксид титана восстанавливается до титана, и ионы оксида притягиваются к
. Угольный анод, который окисляется до окиси углерода и двуокиси углерода (рис. 8).
Рис. 8 Электролитическое восстановление оксида титана (IV).
Если применяется гораздо более высокое напряжение, механизм работает иначе. Кальций осаждается на катоде и реагирует с диоксидом титана с образованием титана, и ионы кальция регенерируются.
Процесс намного проще существующих методов, работает при более низких температурах (экономия затрат на энергию) и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду. Он может значительно снизить производственные затраты, позволяя использовать преимущества металлического титана для более широкого спектра конечных продуктов.
Рассматривается также возможность производства других металлов, например тантала.
Дата последнего изменения: 5 октября 2016 г.
Последние достижения в добыче и переработке титана
R.L. Rundnick: The Crust , Elsevier Pergamon, Oxford, UK, 2004, стр. 1–64.
Google ученый
F.H. Froes: Титан; Обработка и применение физических металлов , ASM International, Materials Park, OH, 2015, стр. 9–14, 331.
Industrial Rare Metal, Annual Review 2017 , Arumu Publishing, Tokyo, Japan, 2017, С. 70–75, 86. (на японском языке).
O. Takeda, T. Uda, T.H. Окабе: Трактат по технологической металлургии, Vol. 3 , Эльзевир, Лондон, гл. 2.9, 2013, с. 995–1069.
T.H. Окабе и О. Такеда: Добывающая металлургия титана , Глава 5, изд. Z.Z. Фанг, Ф. Х. Froes, Й. Чжан, Elsevier, 2019, стр. 65–95.
T.H. Окабе: Экстрактивная металлургия титана , Глава 8, изд. Z.Z. Фанг, Ф. Х. Froes, Y. Zhang, Elsevier, 2019, стр. 131–64.
Я. Чжан, З.З. Фанг, П. Сунь, С. Чжэн, Ю. Ся и М. Фри: JOM , 2017, т. 69. С. 1861–1868.
CAS Google ученый
О. Такеда и Т.Х. Окабе: JOM , 2018, т. 70. С. 1981–1990.
Google ученый
О. Такеда, Т.Х. Окабе: Экстрактивная металлургия титана , Глава 16, изд. Z.Z. Fang, F.H. Froes, Y.Чжан, Elsevier, 2019, стр. 363–87.
Ю. Ся, Дж. Чжао, К. Тянь и Х. Го: JOM , 2019, т. 71. С. 3209–3220.
CAS Google ученый
J. Moriyama: J. of Suiyoukai , 1995, vol. 22. С. 185–192. (на японском языке)
CAS Google ученый
Л.Ф. Нильсон и О. Петтерсон: Z. Physc. Chem. 1887, Bd., 1, стр. 27–38.
13. M.A. Hunter: J. Am. Chem. Soc. , 1910, т. 32. С. 330–336.
CAS Google ученый
О. Рафф и Х. Бринтцингер: З. Анорг. Allgem. Chem. , 1923, т. 129. С. 267–275.
CAS Google ученый
15. W. Kroll: Z. Anorg. Allgem. Chem. , 1937, т.234. С. 42–50. (на немецком языке)
CAS Google ученый
A.E. van Arkel and J.H. de Boer: Z. Anorg. Allg. Chem. , 1925, т. 148. С. 345–350.
Google ученый
W. Kroll: Trans. Электрохим. Soc. , 1940, т. 78. С. 35–47.
Google ученый
Уильям Дж.Kroll , Фонд Николаса Ланнера, Люксембург, 1998.
Google ученый
Х. Кусамичи и Дж. Исэки: Титановая промышленность и новые технологии в Японии , Центр Агуне Гидзюцу, Токио, Япония, 1996, стр. 45–55. (на японском).
Т. Хёдо и Н. Мочизуки: J. MMIJ , 2007, т. 123. С. 698–703. (на японском языке)
CAS Google ученый
21. С. Косемура, С. Анбо, Э. Фукасава и Ю. Хатта: J. MMIJ , 2007, т. 123. С. 693–697. (на японском языке)
CAS Google ученый
W. Borchers and W. Hupperts: Brit. Пат. Spec . 13759, 17 июня 1904 г .; Патент Германии 150, 557, 1903.
M.E. Сиберт и М.А. Стейнберг: J. Metals , 1956, сентябрь, 1162–68.
W.R. Opie and O.W.Родинки: Пер. AIME , 1960, т. 218. С. 646–649.
CAS Google ученый
M.J. Rand и L.J. Reimert: J. Electrochem. Soc. , 1964, т. 111. С. 429–433.
CAS Google ученый
O.Q. Леоне, Х. Кнудсен и Д. Коуч: J. Metals (JOM), 1967, т. 19. С. 18–23.
CAS Google ученый
C.-J. Сюэ, М. Антлога, К. Вирнельсон, У. Ландау, М. ДеГуайр и Р. Аколкар, ECS 2015 Meeting Abstracts, 2015, vol. МА2015-01, стр. 1224.
Т. Оки и Х. Иноуэ: Mem. Фак. Eng., Nagoya Univ. , 1967, т. 19. С. 164–66.
G.Z. Чен, Д.Дж. Фрей и Т. Фартинг: Nature , 2000, т. 407, 361–364.
CAS Google ученый
К. Оно, Р.О. Suzuki: JOM , 2002, т. 54, 59–61.
CAS Google ученый
К. Оно и С. Миядзаки: J. Jpn. Inst. Встретились. , 1985, т. 49. С. 871–875. (на японском языке)
CAS Google ученый
T.H. Окабе, Р. Судзуки, Т. Оиси и К. Оно: Mater. Пер. JIM , 1991, т. 32. С. 485–488.
CAS Google ученый
T.H. Окабе, Р. Судзуки, Т. Оиси и К. Оно: Тецу-то-Хагане, , 1991, т. 77. С. 93–99. (на японском языке)
CAS Google ученый
T.H. Окабе, Т. Оиши и К. Оно: J. Alloys Compd. , 1992, т. 184. С. 43–56.
CAS Google ученый
T.H. Окабе, Т. Оиши и К. Оно: Металл. Пер. В , 1992, т.23B, стр. 583–590.
CAS Google ученый
T.H. Окабе, М. Накамура, Т. Оиси и К. Оно: Металл. Пер. В , 1993, т. 24B, стр. 449–455.
CAS Google ученый
G.Z. Чен, Д.Дж. Фрей и Т. Фартинг: Металл. Пер. В , 2001, т. 32B, стр. 1041–1052.
CAS Google ученый
Г.З. Чен, Д.Дж. Фрей и Т. Фартинг: 2004 г., Патент США № 2004/0159559 A1.
И. Барин: Термохимические данные чистых веществ, 3-е изд. , VCH Verlagsgesellschaft, 1997.
M. Yamaguchi, T. Ogasawara, and H. Ichihashi: Proc. 11-я Всемирная конференция по титану, Ti 2007 , 2007, стр. 147–150.
G. Crowley: Adv. Матер. Proc. , 2003, т. 161. С. 25–27.
CAS Google ученый
И. Меллор, Г. Даути, М. Пайпер, Т. Эллис, К. Рао и Дж. Дин: Proc. 13-я всемирная конф. Титан , 2016, с. 145–50.
N.R. Ниламегхэм, Б. Дэвис и М.А. Имам: Proc. 13-я всемирная конф. Титан , 2016, с. 87–91.
T.H. Окабе, Т. Ода и Ю. Митсуда: J. Alloys Compd. , 2004, т. 364. С. 156–163.
CAS Google ученый
T.H. Окабе, С. Ивата, М. Имагунбай, Ю. Митсуда и М. Маэда: ISIJ Int. , 2004, т. 44. С. 285–293.
CAS Google ученый
T.H. Окабе, С. Ивата, М. Имагунбай и М. Маеда: ISIJ Int. , 2003, т. 43. С. 1882–1889.
CAS Google ученый
T.H. Окабе, Н. Сато, Ю. Мицуда и С. Оно: Mater. Пер., JIM , 2003, т. 44 2646–53.
E. Wainer: Патент США , 1952, № 2868703.
S. Takeuchi и O. Watanabe: J. Jpn. Inst. Металлы , 1964, т. 28. С. 627–632.
CAS Google ученый
T. Hashimoto: J. Jpn. Inst. Металлы , 1968, т. 32. С. 1327–1333.
CAS Google ученый
С. Цзяо и Х. Чжу: J. Mater. Res. , 2006, т. 21, стр. 2172–2175.
CAS Google ученый
J.C. Withers, R.O. Loutfy и J.P. Laughlin: Mater. Technol. , 2007, т. 22. С. 66–70.
CAS Google ученый
D. Fray: ECS Trans. , 2012, т. 50. С. 3–13.
Google ученый
A.C. Halomet: патент Великобритании, 1970, № 1187367.
M.V. Ginatta, Proceedings of EPD Congress 2001 , TMS (Новый Орлеан, 11–15 февраля 2001 г.) изд. П. Р. Тейлор, 2001, стр. 13–41.
М.В. Гинатта, Эпоха легких металлов, 2004, т. 62, стр. 48-51.
CAS Google ученый
М.В. Ginatta, Труды международного круглого стола по производству титана в расплавленных солях , Кельн, Германия, 2–4 марта 2008 г.
R.A. Хард и М.А. Прието: Патент США , 1983, № 43
.,Э. Кимура, М. Оги, и К. Сато. : Патент Японии , 1985, № S-60-89529. .
T. Deura, T.H. Окабе, Т. Оиси и К. Оно: Тезисы докладов 24-го симпозиума по химии расплавленных солей, Япония, (11–12 ноября 1992 г., Киото, Япония), Комитет по расплавленным солям, Электрохимическое общество Японии.
Ю. Кадо, А. Кишимото, Т.Уда: Металл. Матер. Пер. В , 2015, т. 46. С. 57–61.
Google ученый
Z.Z. Фанг, С. Миддлмас, Дж. Го и П. Фан: J. Am. Chem. Soc. , 2013, т. 135. С. 18248–18251.
CAS Google ученый
О. Такеда и Т. Х. Окабе: Mater. Пер. , 2006, т. 47. С. 1145–1154.
CAS Google ученый
О. Такеда и Т. Х. Окабе: Металл. Матер. Пер. B , 2006, 37B, стр. 823–830.
CAS Google ученый
О. Такеда и Т. Х. Окабе: J. Alloys Compd. , 2008, т. 457. С. 376–383.
CAS Google ученый
Поток минеральных ресурсов 2017, 2017. Japan Oil, Gas, Metals National Corporation, Токио, Япония. http: // mric.jogmec.go.jp/wp-content/ebook/201803/5ab321a5/material_flow2017.pdf. Проверено 1 апреля 2018 г. (на японском языке)
Домашняя страница Toho Titanium Co., Ltd., 2018 г. (http://www.toho-titanium.co.jp) Проверено 1 апреля 2018 г.
Y. Marui, T. Kinoshita, and K. Takahashi: Honda R&D Tech. Ред. , 2002 г., т. 14. С. 149–156. (на японском языке)
Google ученый
Т. Сузуки и Т. Канеко: Последние технологические тенденции редких металлов , CMC Publishing, Токио, Япония, 2012, гл.6.4. С. 117–27. (на японском языке)
Ю. Таниноути, Ю. Хаманака, Т. Х. Окабе: Матер. Пер. , 2015, т. 56, стр. 1–9.
CAS Google ученый
Ю. Таниноути, Ю. Хаманака, Т.Х. Okabe: Proceedings of Ti-2015: The 13th World Conference on Titanium (16–20 августа, 2015, Сан-Диего, США, 2015), The Minerals, Metals & Materials Society, Питтсбург, Пенсильвания, США, 2015, стр.165–70.
E. Roegner: Proceedings of Titanium USA 2016 (25–28 сентября 2016 г., Скоттсдейл, Аризона, США), International Titanium Association, Northglenn, CO, USA, 2016.
W. Leach: Proceedings of Titanium 2015 (4–7 октября 2015 г., Орландо, Флорида, США), International Titanium Association, Northglenn, CO, USA, 2015.
H. Hira: J. Jpn. Inst. Легкие металлы , 2015, т. 65. С. 426–431. (на японском языке)
CAS Google ученый
Р. Дюфлос: Proceedings of Titanium USA 2016 (25–28 сентября 2016 г., Скоттсдейл, Аризона, США), Международная титановая ассоциация, Нортгленн, Колорадо, США, 2016 г.
Т. Сузуки: Титан Jpn. , 2009, т. 57. С. 21–29. (на японском языке)
CAS Google ученый
Т. Исигами: Materia Jpn. , 1994, т. 33. С. 55–57. (на японском языке)
CAS Google ученый
X. Лу, Т. Хираки, К. Накадзима, О. Такеда, К. Мацуабэ, Х. Чжу, С. Накамура и Т. Нагасака, сен. Пуриф. Technol. , 2012, т. 89. С. 135–141.
CAS Google ученый
Р.Л. Фишер: Патент США , 1990, № 4923531A.
Р.Л. Фишер: Патент США , 1991, № 5022935.
Р.Л. Фишер и С.Р. Сигл: Патент США , 1993, №5211775 A.
Р.Л. Фишер и С.Р. Сигл: Труды 7-й Всемирной конференции по титану (1992 г.)) , vol. 3, F.H. Froes и I. Caplan, ред., The Minerals, Metals & Materials Society, Питтсбург, Пенсильвания, США, 1993, стр. 2265–72.
Х. Миядзаки, Ю. Ямакоши и Ю. Синдо: Materia Jpn ., 1994, vol. 33. С. 51–54. (на японском языке)
CAS Google ученый
Дж. Р. Неттл, Д. Х. Баксер-младший и Ф.С. Wartman: Горное управление США, Отчет о расследованиях 5315 , USBM, Вашингтон, округ Колумбия, США. 1957
Google ученый
A.B. Сучков, З.А. Тубышки, З.И. Соколова, Н.В. Жукова: Россия. Металл. , 1969, т. 6. С. 52–53.
Google ученый
Т. Яхата, Т. Икеда и М.Маэда: Металл. Пер. В , 1993, т. 24B, стр. 599–604.
CAS Google ученый
Р. Мацуока и Т.Х. Окабе: Труды симпозиума по металлургической технологии для минимизации отходов на ежегодном собрании TMS (Сан-Франциско, Калифорния, 2005.2.13-17), Общество минералов, металлов и материалов, Питтсбург, Пенсильвания, 2005.
Ю. Таниноути, Ю. Хаманака и Т.Х. Окабе: Матер.Пер. , 2016, т. 57. С. 1309–1318.
CAS Google ученый
Т. Х. Окабе, К. Чжэн и Ю. Таниноути: Metall. Матер. Пер. В , 2018, т. 49. С. 1056–1066.
Google ученый
Т. Х. Окабе, Ю. Таниноути и К. Чжэн: Металл. Матер. Пер. В , 2018, т. 49. С. 3107–3117.
Google ученый
К. Чжэн, Т. Оучи, А. Иидзука, Ю. Таниноути и Т. Х. Окабе: Metall. Матер. Пер. В . 2019, т. 50. С. 622–631.
Google ученый
Л. Конг, Т. Оучи и Т. Х. Окабе: Mater. Пер. , 2019, т. 60. С. 2059–2068.
CAS Google ученый
Л. Конг, Т. Оучи и Т. Х. Окабе: J. Electrochem. Soc. , 2019, т.166, стр. E429 – E437.
CAS Google ученый
К. Чжэн, Т. Оучи, Л. Конг, Ю. Таниноути и Т. Х. Окабе: Metall. Матер. Пер. В , 2019, т. 50. С. 1652–1661.
Google ученый
Процессы производства титана – Kyocera SGS Europe
Титан должен пройти ряд процессов, чтобы превратиться из руды в готовый продукт. В зависимости от окончательной заявки количество предпринятых шагов варьируется.Титан, используемый в выхлопных газах дорогих автомобилей, имплантатах бедра или часах, не требует такого же строгого управления микроструктурой, как тот, который используется в авиации, где риски и последствия отказа значительно выше.
Процесс Кролла
Независимо от конечного использования титан сначала необходимо удалить из руды и превратить в чистый титан.
Это делается путем обработки оксида титана, полученного из ильменита или рутила, посредством процесса Кролла.На выходе получается титановая губка, которую очищают, плавят и легируют другими металлами. Затем он может подвергнуться дальнейшей переработке в так называемую лигатуру перед тем, как превратиться в слиток, из которого можно превратить пруток, пластину, лист или проволоку в качестве обычного продукта прокатного стана.
Процесс Кролла Это многоступенчатая реакция, которая начинается в реакторе с псевдоожиженным слоем. Очищенный оксид титана TiO2 окисляется хлором с образованием тетрахлорида титана TiCl4, известного в промышленности как «щекотка».Эта реакция проводится при 1000 ° C. Оттуда TiCl4 и другие примеси хлоридов металлов подвергаются фракционной перегонке с получением чистой смеси TiCl4.
Затем его перемещают в отдельный реактор из нержавеющей стали, где он может быть смешан с магнием во второй половине процесса. Реакция протекает в атмосфере аргона при предварительно нагретой температуре 1000 ° C. Производятся хлориды титана (III) и титана (II), которые медленно восстанавливаются с образованием чистого титана и хлорида магния в течение нескольких дней.
Оставшийся хлорид магния затем перерабатывается путем разделения его на составляющие. В то время как титан, который теперь находится в форме «губки», отбойным молотком дробится на более мелкие кусочки и снова спрессовывается, чтобы получить однородный кусок. Он готов к плавлению в качестве электрода в процессе вакуумно-дугового переплава (VAR).
Вакуумно-дуговый переплав титана – легирование
VAR является основным методом производства титановых сплавов с 1950-х годов. Это процесс, используемый для создания изделий из титана с высокими эксплуатационными характеристиками.VAR осуществляет точный контроль плавления и затвердевания расплава, что позволяет надежно создавать высококачественные готовые сплавы с превосходной чистотой.
Большинство титановых сплавов проходят этот процесс как минимум дважды. Это необходимо для обеспечения приемлемого уровня консистенции по всему металлу. Процесс до сих пор используется в промышленности. Triple VAR был утвержден для авиакосмической промышленности во второй половине двадцатого века в связи с недостатком металла.Хотя в последние десять лет он стал вытесняться электронно-холодным переплавом для сплавов, предназначенных для авиации.
Процесс VAR происходит в большом цилиндрическом тигле. Электрод подвешен сверху с пропусканием через него постоянного тока в несколько килоампер, который заставляет его плавиться и капать на дно камеры, где сплав восстанавливается. В случае Ti 6AL-4V добавляются алюминий и ванадий.
Электронно-лучевой переплав с холодным подом
Плавка с холодным подом эффективно устраняет один из недостатков процесса VAR – способность эффективно удалять из расплава включения высокой и низкой плотности (HDI и LDI).Он также используется для обработки стружки, оставшейся в процессе обработки. Внутри медного пода с водяным охлаждением создается вакуум. Затем высокотемпературный электронный пучок концентрируется на титановом сырье (смеси губки, металла VAR и стружки), размещенном в задней части пода. Расплавленный титан капает в зону плавления, затем он течет в рафинировочный канал перед тем, как вылить в форму, где металл кристаллизуется. Испаряются летучие соединения, а именно включения кислорода и азота, в то время как плотный карбид вольфрама из режущих инструментов опускается на дно.Края слитка затем обрабатываются, оставляя титановый сплав.
Затем титан перерабатывается в полезные формы, в случае EBCHR это преимущественно ковка.
Поковка и литье титана
Затем титанможно отливать или ковать, чтобы получить металл с желаемыми свойствами. Отливка требует нагрева металла до расплавления и обычно используется для некритических применений, когда цена является первоочередной задачей.
Пока титан находится в жидком состоянии, его выливают в форму для придания желаемой формы.Это менее затратно, чем ковка титана, и позволяет создать форму, близкую к конечной для рассматриваемого приложения. В процессе литья могут расти дендритные зерна – древовидная структура, которая может сделать металл более слабым, что ограничивает его использование в некоторых приложениях.
Ковка – это приложение тепловой и механической энергии к титановым заготовкам или слиткам для изменения формы материала в твердом состоянии. Из-за реакционной способности металла и высоких температур и давлений слиток покрывается защитной глазурью / стеклом.Это предотвращает его реакцию с атмосферой, а также позволяет ему деформироваться. Процесс ковки позволяет эффективно развивать желаемую микроструктуру металла.
Термическая обработка титана
Термическая обработка позволяет управлять фазами в альфа-бета сплаве. Измененные переменные – это состав, размер и распределение.
Отжиг титановых сплавов
Отжиг – это металлургический процесс термической обработки титана, изменяющий его химические и физические свойства.Это заставляет атомы мигрировать внутри металлической решетки, что позволяет изменять свойства сплава. Эти улучшения включают: пластичность при температуре окружающей среды, вязкость разрушения, сопротивление ползучести и термическую стабильность. Многие из этих свойств являются взаимоисключающими, поэтому выбранный цикл будет отражать конечное использование металла. Существует четыре основных способа отжига.
Альфа- и почти альфа-сплавы не претерпевают значительных изменений в результате этих процессов, они с большей вероятностью будут подвергаться снятию напряжений и отжигу.Это потому, что они претерпевают очень ограниченное фазовое изменение из-за ограниченного присутствия бета-фазы для переориентации. Обработка раствора и старение улучшают прочность альфа-сплавов.
- Мельничный отжиг является наиболее распространенным типом отжига, при котором получают более мелкое зерно, что может быть полезно там, где повышенный предел текучести предпочтительнее предела ползучести. Обычно выполняется как отдельный этап производства.
- Дуплексный отжиг улучшает сопротивление ползучести и вязкость разрушения за счет изменения формы, размера и пространственного распределения металлических фаз.
- Рекристаллизационный отжиг – это процесс, с помощью которого можно улучшить пластичность металла. Деформированные зерна заменяются дефектными. Начальные первичные бета-области, которые образуются, слишком велики, промежутки между ними образуют потенциальные слабые стороны, не подходящие для приложений с высокими нагрузками. Рекристаллизация вызывает разрушение этих зон с образованием более мелких, менее однородных кристаллов, которые являются более прочными.
- Бета-отжиг предназначен для метастабильных бета-сплавов. Их можно не только снимать напряжения и отжигать, но также можно обрабатывать раствором и выдерживать.
Титановые сплавы для снятия напряжений
Это наиболее распространенный вид термической обработки. Он используется в широком спектре титановых сплавов, включая альфа- и почти альфа-сплавы, а также альфа-бета и метастабильные бета-сплавы. Цель состоит в том, чтобы снизить остаточные напряжения, возникающие при изготовлении.
Раствор для обработки и старения титановых сплавов
Отжиг в растворе, закалка и затем старение позволяют получать титановые сплавы наивысшей прочности. Бета-фаза титанового сплава начинает разлагаться при температурах ниже температуры бета-перехода, превышение которой в некоторых альфа-бета-сплавах может снизить пластичность металла.
После термообработки из сплавов можно изготавливать готовые к использованию основные продукты, включая пластины, листы, трубы, прутки и проволоку.
Замена тепла на давление: эффективный способ обработки титановых сплавов
Исследователи сообщают о быстрой и эффективной технологии обработки титанового сплава, которая требует на 50% меньше тепла.
Титан, девятый по содержанию элемент в земной коре, можно найти в широком спектре предметов повседневного обихода, таких как велосипеды, спортивное снаряжение, технологии и даже новую кредитную карту Apple.
Как конструкционный металл, титан известен своей превосходной прочностью (близкой к прочности железа) и значительно низкой плотностью (вдвое меньшей, чем у железа), что находит применение в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Однако его широкое применение все еще намного ниже, чем у конкурирующих металлов, таких как сталь и алюминий, из-за его экономически и термически дорогостоящей обработки.
Учитывая ограничения, возникающие при обработке титановых сплавов, исследователи из Международного университета Флориды взяли на себя задачу найти быстрый и эффективный способ обработки титановых сплавов, требующий на 50% меньше тепла.Сообщается, что беспрецедентное окно низкотемпературной обработки не только имеет преимущества при обработке титановых сплавов, но также открывает возможности для будущих исследований по созданию новых композитов на основе титана.
Предлагаемый технологический маршрут извлекает выгоду из одновременного применения низких температур (до 650 o C) и высоких давлений (до 555 МПа) при искровом плазменном спекании (SPS) для получения полностью плотной детали из исходной порошковой формы. Авторы приписывают этот поразительный результат «механизму массопереноса под высоким давлением и индуцированной пластической деформации» во время обработки сплава, в результате чего получаются детали с конкурентоспособными механическими и структурными характеристиками по сравнению с титановыми сплавами, подвергнутыми высокотемпературной обработке.
Команда продемонстрировала, что при низких температурах частицы порошка сплава испытывают напряжения, превышающие их предел пластичности, и способствуют их уплотнению. Высокие уровни напряжения были подтверждены в виде уникальных для сплава особенностей деформации на атомном уровне с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии.
Окно низкотемпературной обработки титанового сплава с использованием различных технологий.В титане атомы плотно упакованы в гексагональную структуру – ограниченное движение атомов в кристалле делает их ограниченными плоскостями и направлениями, в которых легко может происходить деформация.Таким образом, при наличии сжимающих напряжений, подобных тем, которые возникают во время обработки, деформации компенсируются скольжением и расположением атомов поперек плоскостей зеркального отражения с образованием двойников. Эти уникальные особенности проявляются во всей микроструктуре титана, обработанного в низкотемпературных режимах, и обеспечивают превосходный механический отклик.
В будущем этот метод предлагает эффективную альтернативу обработке титановых сплавов, облегчая исчерпывающие высокотемпературные режимы, известные на сегодняшний день.Кроме того, исследовательская группа считает беспрецедентные низкотемпературные режимы полезными при обработке композитов с титановой матрицей, которые ранее считались проблемой из-за несовместимых окон обработки.
Автор: Арвинд Агарвал
Ссылка: Jenniffer Bustillos et al. « Ультранизкотемпературное уплотнение титанового сплава с помощью искрового плазменного спекания». Advanced Engineering Materials (2020). DOI: 10.1002 / adem.202000076
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Титан: производство-Металпедия
Титан: производство-Металпедия- Титан составляет 0,63% земной коры и является четвертым по распространенности структурным металлом после алюминия, железа и магния.
- Титановые месторождения, которые можно добывать экономически, находятся по всему миру. Основными рудами являются рутил (TiO2) и ильменит (FeTiO3) в отложениях пляжного песка (Западная Австралия), ильменит-гематит (Канада) и ильменит-магнетит (Украина) в месторождениях твердых пород.Хотя рутил более редок и дороже, чем ильменит, он используется чаще, поскольку не содержит соединений железа и, следовательно, легче поддается переработке. Однако иногда ильменит обрабатывают для удаления железа и получения «синтетического» рутила.
- Складирование концентрата тяжелых минералов, содержащего рутил, ильменит и циркон, а также другие тяжелые минералы, не представляющие ценности. Затем он будет подвергнут дальнейшей обработке для отделения рутила до начала процесса извлечения титана — с любезного разрешения Iluka Resources.
- Большая часть титана производится из руд, содержащих диоксид титана, с использованием длительного четырехступенчатого процесса:
- а) хлорирование руды до хлорида титана (IV)
- б) очистка от хлорида титана (IV)
- c) восстановление хлорида титана (IV) до титановой губки
- г) обработка титановой губки
- (а) Хлорирование руды до хлорида титана (IV)
- Диоксид титана термически стабилен и очень устойчив к химическому воздействию.Его нельзя восстановить с помощью углерода, оксида углерода или водорода, а восстановление с помощью более электроположительных металлов является неполным. Однако, если оксид превращается в хлорид титана (IV), путь к титану становится жизнеспособным, поскольку хлорид восстанавливается легче.
- Сухая руда подается в хлоратор вместе с коксом, образуя псевдоожиженный слой. После предварительного нагрева слоя тепла реакции с хлором достаточно для поддержания температуры 1300 K:
- (б) Очистка хлорида титана (IV)
- Неочищенный хлорид титана (IV) очищают перегонкой после химической обработки сероводородом или минеральным маслом для удаления оксихлорида ванадия, VOCl3, который кипит при той же температуре, что и хлорид титана (IV).Конечный продукт представляет собой чистый (> 99,9%) хлорид титана (IV), который может использоваться либо для производства титана, либо окисляться для получения диоксида титана для пигментов.
- (c) Восстановление хлорида титана (IV) до губчатого титана
- Хлорид титана (IV) – летучая жидкость. Его нагревают, чтобы получить пар, который подают в реактор из нержавеющей стали, содержащий расплавленный магний (в избытке), предварительно нагретый до примерно 800 К в атмосфере аргона.Экзотермические реакции с образованием хлоридов титана (III) и титана (II) вызывают быстрое повышение температуры примерно до 1100 К. Эти хлориды медленно восстанавливаются, поэтому температура повышается до 1300 К для завершения процесса восстановления. Тем не менее, это длительный процесс:
- Через 36-50 часов реактор вынимают из печи и дают остыть не менее четырех дней.
- Непрореагировавший магний и смесь хлорид / титан извлекают, измельчают и выщелачивают разбавленной соляной кислотой для удаления хлорида магния.В альтернативном методе, используемом в Японии, хлорид магния вместе с непрореагировавшим магнием удаляют из титана путем высокотемпературной вакуумной перегонки.
- Хлорид магния подвергается электролизу с образованием магния для стадии восстановления, а хлор возвращается на стадию хлорирования руды.
- Титан очищают высокотемпературной вакуумной перегонкой. Металл имеет форму пористой гранулы, которую называют губкой.Это может быть переработано на месте или продано другим компаниям для преобразования в титановую продукцию.
- Сводка по переработке титановой руды в полезные продукты
- (г) Обработка титановой губки
- Поскольку титановая губка легко реагирует с азотом и кислородом при высоких температурах, губку необходимо обрабатывать в вакууме или в инертной атмосфере, такой как аргон. На этой стадии может быть добавлен титановый лом, а также могут быть добавлены другие металлы, если требуется титановый сплав.Распространенным методом является сжатие материалов вместе для создания большого блока, который затем становится электродом в электродуговом плавильном тигле. Между тиглем и электродом образуется дуга, в результате чего электрод плавится в тигле, где он охлаждается, и образует большой слиток. Это можно повторить для получения более качественного слитка «второй плавки».
- ИТП Армстронг Процесс
- Титан и его сплавы можно производить из хлорида титана (IV) с использованием натрия вместо магния.Хотя химический состав не нов, сейчас разработан непрерывный, а не периодический процесс, что значительно снижает затраты.
- Непрерывный процесс восстановления хлорида титана (IV)
- Пары хлорида титана (IV) вводятся в поток расплавленного натрия, и хлорид восстанавливается до металла. Титан и хлорид натрия образуются в виде твердых веществ и извлекаются из потока натрия фильтрованием. После удаления остаточного натрия металлический титан можно отделить от соли простой промывкой.Хлорид натрия сушат, нагревают до расплавления и электролизуют, образуя натрий для повторного использования и хлор для начальной стадии хлорирования.
- Если исходный хлорид титана (IV) тщательно смешивается с правильными пропорциями хлоридов других металлов перед подачей в поток жидкого натрия, в результате получается порошок титанового сплава очень высокого качества, что является одним из основных преимуществ этого процесса. Например, Ti-6Al-4V получают путем включения хлорида алюминия и хлорида ванадия (IV) в правильных пропорциях в сырье.
- FFC Cambridge Process
- Исследования в Кембридже (Великобритания) привели к разработке электролитического метода восстановления диоксида титана непосредственно до титана.
- Диоксид титана (обычно рутил) измельчают в порошок, а затем превращают в гранулы, которые служат катодом. Их помещают в ванну с расплавленным хлоридом кальция и соединяют с металлическим стержнем, который действует как проводник. Ячейка комплектуется угольным анодом.При приложении напряжения оксид титана восстанавливается до титана, и ионы оксида притягиваются к углеродному аноду, который окисляется до моноксида углерода и диоксида углерода.
- Электролитическое восстановление оксида титана (IV)
- Если применяется гораздо более высокое напряжение, механизм работает по-другому. Кальций осаждается на катоде и реагирует с диоксидом титана с образованием титана, и ионы кальция регенерируются.
- Процесс намного проще существующих методов, работает при более низких температурах (экономия затрат на электроэнергию) и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду.Он может значительно снизить производственные затраты, позволяя использовать преимущества металлического титана для более широкого спектра конечных продуктов.
- Рассматривается также возможность производства других металлов, например тантала.
- О нас Связаться с нами
- Metalpedia – это некоммерческий веб-сайт, цель которого – расширить знания о металлах и предоставить пользователям обширную справочную базу данных.Он в максимальной степени предоставляет пользователям достоверную информацию и знания. Если есть какое-либо нарушение авторских прав, пожалуйста, сообщите нам через нашу контактную информацию, чтобы незамедлительно удалить такой контент, нарушающий авторские права.
Как производится титан? | Металлургия для чайников
Титан известен как переходный металл в периодической таблице элементов и обозначается символом Ti. Это легкий серебристо-серый материал с атомным номером 22 и атомным весом 47.90. Его плотность составляет 4510 кг / м 3, что находится где-то между плотностями алюминия и нержавеющей стали. Он имеет температуру плавления примерно 3032 ° F (1667 ° C) и точку кипения 5948 ° F (3287 ° C). По химическому составу он похож на цирконий и кремний. Он имеет отличную коррозионную стойкость и высокое соотношение прочности и веса.
Титановая аппликация
Титан как полезный металлический сплав широко не использовался до конца 1940-х годов. Чаще всего он легирован молибденом, марганцем, железом и алюминием.По весу титан является одним из самых прочных и доступных металлов, что делает его идеальным для широкого спектра практических применений. Он на 45% легче стали при сопоставимой прочности и в два раза прочнее алюминия, но при этом только на 60% тяжелее. Титан – металл, присутствующий в метеоритах и на солнце. Он также является девятым по распространенности металлом в коре Земли и встречается в минералах рутиле, ильменитовом сфене, титанатах и железных рудах. В 1946 году Уильям Дж. Кролл показал, что титан можно производить в промышленных масштабах.
Металлический титан
В коммерческих целях титановые сплавы используются везде, где прочность и вес являются проблемой. Велосипедные рамы, детали автомобилей и самолетов, а также конструктивные элементы – вот некоторые общие примеры. В медицине используются титановые штифты из-за их нереактивной природы при контакте с костью и плотью. По этой причине многие хирургические инструменты, а также пирсинг на теле изготавливаются из титана.
Блок-схема диоксида титана
Титан рекомендуется для использования в опреснительных установках из-за его высокой устойчивости к коррозии в морской воде (особенно при покрытии платиной).Многие корабли используют титан для перемещения компонентов, постоянно подвергающихся воздействию морской воды, таких как гребные винты и такелаж.
Титан используется в производстве человеческих имплантатов, потому что он хорошо совместим с человеческим телом. Одно из наиболее заметных применений титана в последнее время – искусственное сердце, впервые имплантированное человеку в 2001 году. Другие применения титана – протезирование тазобедренного сустава, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, а также локтевые и тазобедренные суставы.
Схема обработки титана
Наконец, титановые материалы используются в производстве многочисленных потребительских товаров.Его используют при производстве таких вещей, как обувь, ювелирные изделия, компьютеры, спортивное оборудование, часы и скульптуры. Как диоксид титана, он используется в качестве белого пигмента в пластике, бумаге и краске. Он даже используется как белый пищевой краситель и как солнцезащитный крем в косметических продуктах.
Титан получают из различных руд, встречающихся на Земле в естественных условиях. Основные руды, используемые для производства титана, включают ильменит, лейкоксен и рутил. Другие известные источники включают анатаз, перовскит и сфен.Ильменит и лейкоксен – титаносодержащие руды. Ильменит (FeTiO3) содержит примерно 53% диоксида титана.
Концепции производства Ti путем восстановления Mg. (a) процесс Кролла, (b) подача газа TiCl4 через расплав соли и (c) комбинированный процесс с подачей газа TiCl4 для образования Ti2 + и образования металлического Ti из его расплавленной соли.
Лейкоксен имеет аналогичный состав, но содержит около 90% диоксида титана. Они встречаются в отложениях твердых пород или на пляжах и на аллювиальных песках.Рутил – это относительно чистый диоксид титана (TiO2). Анатаз – это еще одна форма кристаллического диоксида титана, которая совсем недавно стала важным коммерческим источником титана. Оба они встречаются в основном на пляже и в песчаных отложениях.
Концептуальный процесс непрерывного производства Ti. Частицы Ti осаждаются на поверхности пузырьков TiCl4, растут в слое Mg и опускаются вниз через расплавленную соль.
Перовскит (CaTiO3) и сфен (CaTi-SiO5) – это кальциевые и титановые руды.Ни один из этих материалов не используется в промышленном производстве титана из-за сложности удаления кальция. Вполне вероятно, что в будущем перовскит можно будет использовать в коммерческих целях, поскольку он содержит почти 60% диоксида титана и содержит только кальций в качестве примеси. Сфен содержит кремний в качестве второй примеси, что еще больше затрудняет выделение титана.
СЭМ-изображение порошка Ti, полученного при 1123 К путем введения TiCl4 в ванну Mg-MgCl2
Титан производится по технологии Кролла.Эти этапы включают экстракцию, очистку, производство губки, создание сплава, а также формовку и формование. В Соединенных Штатах многие производители специализируются на разных этапах этого производства. Например, одни производители просто производят губку, другие только плавят и создают сплав, а третьи производят конечную продукцию. В настоящее время ни один производитель не выполняет все эти шаги.
Добыча
В начале производства производитель получает титановые концентраты с рудников.Хотя рутил можно использовать в его естественной форме, ильменит обрабатывают для удаления железа, чтобы он содержал не менее 85% диоксида титана. Эти материалы помещаются в реактор с псевдоожиженным слоем вместе с газообразным хлором и углеродом. Материал нагревают до 1,652 ° F (900 ° C), и последующая химическая реакция приводит к образованию нечистого тетрахлорида титана (TiCl4) и монооксида углерода. Примеси возникают из-за того, что вначале не используется чистый диоксид титана. Следовательно, необходимо удалить различные образующиеся нежелательные хлориды металлов.
Очистка
Прореагировавший металл помещают в большие дистилляционные резервуары и нагревают. На этом этапе примеси отделяются с помощью фракционной перегонки и осаждения. Это действие удаляет хлориды металлов, включая хлориды железа, ванадия, циркония, кремния и магния.
Производство губки
Затем очищенный тетрахлорид титана переносят в виде жидкости в реактор из нержавеющей стали. Затем добавляют магний и контейнер нагревают примерно до 1212 ° F (1100 ° C).В контейнер закачивают аргон, чтобы удалить воздух и предотвратить загрязнение кислородом или азотом. Магний реагирует с хлором с образованием жидкого хлорида магния. При этом остается чистый титан в твердом состоянии, поскольку температура плавления титана выше, чем у реакции. Твердое вещество титана удаляют из реактора путем просверливания, а затем обрабатывают водой и соляной кислотой для удаления избытка магния и хлорида магния. Получающееся в результате твердое вещество представляет собой пористый металл, называемый губкой.
Создание сплава
Губка из чистого титана затем может быть преобразована в пригодный для использования сплав в дуговой печи с плавящимся электродом. На этом этапе губка смешивается с различными легирующими добавками и металлоломом. Точная пропорция губки к материалу сплава определяется в лаборатории до начала производства. Затем эту массу прессуют в прессы и сваривают, образуя губчатый электрод. Затем губчатый электрод помещают в вакуумную дуговую печь для плавления. В этом водоохлаждаемом медном контейнере электрическая дуга используется для плавления губчатого электрода с образованием слитка.
Весь воздух в контейнере либо удаляется (образуя вакуум), либо атмосфера заполняется аргоном для предотвращения загрязнения. Обычно слиток переплавляют еще один или два раза, чтобы получить коммерчески приемлемый слиток. В Соединенных Штатах большинство слитков, произведенных этим методом, весят около 9000 фунтов (4082 кг) и имеют диаметр 30 дюймов (76,2 см). После изготовления слиток его вынимают из печи и проверяют на наличие дефектов. Поверхность может быть кондиционирована по желанию заказчика.Затем слиток может быть отправлен производителю готовой продукции, где из него можно фрезеровать и превратить в различные изделия.
При производстве чистого титана образуется значительное количество хлорида магния. Этот материал перерабатывается в ячейке для вторичной переработки сразу после производства. В рециркуляционной ячейке сначала отделяется металлический магний, а затем собирается газообразный хлор. Оба этих компонента повторно используются в производстве титана.
Возможно вам понравится
Случайные столбы
- Ковка
Кузница – это очаг, используемый для ковки.Термин «кузница» может также относиться к рабочему месту кузнеца или кузнеца, хотя … - Хронология материаловедения
29 000–25 000 до н.э. – Появляется первая керамика 3-е тысячелетие до нашей эры – изобретена медная металлургия, и медь используется для украшения … - Композиционные материалы
Композиционные материалы образуются путем объединения двух или более материалов, которые имеют совершенно разные свойства. Различные материалы … - Титан и его сплавы
Титан был открыт в Корнуолле, Англия, Уильямом Грегором в 1791 году и назван Мартином Генрихом Клапротом в честь титана.
