Підготовка порошкової металургії титану та титанових сплавів
Металевий титан і титанові сплави, виготовлені методом порошкової металургії. Титан має високу хімічну активність і легко забруднюється газами та матеріалами тигля. Тому високоякісний титановий порошок в основному виробляється за допомогою процесу відцентрового розпилення під захистом вакууму або інертного газу високої чистоти. Вироби, як правило, формуються без сполучної речовини, а заготовку необхідно спекати у вакуумі.
Наприкінці 1940-х років вперше були проведені дослідження процесу пресування та спікання з використанням губчастого титанового порошку як сировини. Однак продуктивність продукції, виробленої за допомогою цього процесу, ще не може відповідати вимогам авіаційного сектора. Він в основному використовується для виготовлення корозійної стійкості, фільтрації та інших деталей, необхідних для хімічної промисловості, легкої промисловості, металургії, розробки океану та інших секторів. Першим продуктом, який отримав промислове застосування, був титановий пористий фільтруючий матеріал. У середині-1960 минулого століття почав розвиватися процес виробництва титанового попередньо легованого порошку методом обертового електроду та ущільнення гарячим ізостатичним пресуванням. Статичні механічні властивості продуктів, отриманих цим процесом, еквівалентні продуктам плавки, але процес різання значно скорочується, коефіцієнт використання матеріалів покращується, і його почали використовувати в авіаційній промисловості. До кінця 1970-х років застосування продуктів порошкової металургії титану в антикорозійній стійкості та авіації швидко розвивалося. Китай почав проводити дослідження процесів і продуктів порошкової металургії титану на початку 1970-х років. Титанові металеві клапани, гільзи, пористі труби та пластини, титан-карбід титану зносостійкі матеріали та титан-молібденові корозійно-стійкі сплави — усі вони промислово виробляються. Наприкінці 1970-х років було проведено дослідження відцентрового розпилення для отримання високоякісного порошку титанового сплаву та технології гарячого ізостатичного пресування.
Існує чотири основних способи промислового виробництва порошків титану та титанових сплавів
1. Губчастий титановий порошок для відновлення натрію. Цей вид порошку має великий вихід, низьку ціну, хорошу пластичність порошку та підходить для холодного формування. Це основна сировина для виробництва загальної корозійностійкої продукції. Оскільки він містить велику кількість іонів натрію та хлориду, він може легко забруднити обладнання під час спікання та погіршити зварювальні характеристики матеріалу.
2. Електролітичний титановий порошок. Чистота вища, ніж губчатий титановий порошок зі зниженим вмістом натрію, але здатність до формування електролітичного титанового порошку гірша, ніж губчатого титанового порошку.
3. Гідродегідрований титановий порошок. Титановий порошок і порошок його сплаву з гарною якістю та дрібним розміром частинок можна отримати за допомогою процесу гідрування та дегідрування; однак розмір партії невеликий, а ціна відносно висока.
4. Відцентрово розпилений титановий порошок. У 1960-х роках American Nuclear Metal Company вперше застосувала метод електроду, що обертається, для виробництва попередньо легованого титанового порошку. Порошок має сферичну форму. Цей вид порошку сплаву має високу чистоту, однорідний склад, хорошу плинність і щільність наповнення 65% від теоретичного значення. Такий порошок придатний тільки для гарячого формування, а деталі складної форми можна виготовляти гарячим ізостатичним пресуванням. Оскільки один із електродів є вольфрамовим стрижнем, у процесі виготовлення порошку електроду, що обертається, легко виробляти забруднення вольфрамом (вміст вольфраму в порошку досягає 400 частин на мільйон), що зменшить втомну характеристику матеріалу. Щоб усунути забруднення вольфрамом, були розроблені різні процеси відцентрового розпилення порошку, такі як електроди, що обертаються, тиглі, що обертаються, та диски, що обертаються електронним променем, з використанням електронних променів або плазми як джерел тепла. Цей тип порошку є основною сировиною для виготовлення частин порошкової титанової металургії аерокосмічної промисловості.
Залежно від використовуваної порошкової сировини та вимог до використання продуктів можна використовувати різні процеси ущільнення. Є:
1. Спікання сипких порошкових заготовок або формування під низьким тиском. Пористість спеченого тіла становить 25-70%, і цей процес переважно використовується для виробництва пористих титанових виробів і матеріалів.
2. Пресування та спікання. Пресування може здійснюватися механічним або ізостатичним способом. Тиск пресування становить від 2000 до 4000 кгс/см2, а температура спікання становить від 1000 до 1400 градусів. Відносна щільність спеченого тіла може досягати 92-95%; цей процес використовується для виготовлення корозійностійких деталей, загальних структурних деталей або зливків для обробки.
3. Термоформування. Він призначений для створення тиску на порошок або злиток порошку під час процесу нагрівання. Процеси термічного формування в основному включають гаряче ізостатичне пресування, вакуумне гаряче пресування тощо. Порошок титанового сплаву, отриманий відцентровим розпиленням, формується гарячим ізостатичним пресуванням. Щільність продукту може бути близькою до теоретичної щільності, а властивості однакові у всіх напрямках; високоефективні аерокосмічні конструктивні деталі в основному виготовляються методом гарячого ізостатичного пресування. .
4. Порошкова прокатка титанового порошку та порошкової заготовки. Екструзія та кування заготовок тощо. Ці процеси дозволяють отримати титанові порошкові матеріали або деталі з високою щільністю та хорошими характеристиками. Серед них порошкова прокатка є ефективною та економічною технологією обробки для виробництва пористих титанових пластин і щільних титанових пластин.
