Grado medicoGr5 ELI (Ti-6Al-4V ELI, UNS R56401)barre e piastre in titanio richiedono processi di produzione e test rigorosi per soddisfare standard comeASTM F136(per impianti chirurgici) e ISO 5832-3. Di seguito è riportata una ripartizione dettagliata delle fasi di produzione, delle attrezzature necessarie, delle fasi di test e delle apparecchiature corrispondenti.
Processi di produzione e attrezzature corrispondenti
1.1Preparazione delle materie prime (fusione di materie prime e lingotti)
Obiettivo del processo: produrre elevata-purezzaLega Ti-6Al-4V ELIlingotti con elementi interstiziali extra bassi (ELI) (O inferiore o uguale a 0,13%, C inferiore o uguale a 0,08%, N inferiore o uguale a 0,05%, H inferiore o uguale a 0,0125%).
Passaggi chiave:
Dosaggio: mescolare spugna di titanio (Purezza maggiore o uguale al 99,7%.), lingotti di alluminio (purezza maggiore o uguale al 99,95%) e lega di vanadio (lega madre V-Ti) perTi-6Al-4V ELIrapporto di composizione.
Rifusione ad arco sotto vuoto (VAR): sciogliere il lotto 2-3 volte sotto vuoto per eliminare le impurità (ad es. gas, inclusioni) e garantire una composizione uniforme.
Attrezzatura richiesta:
Forno di rifusione ad arco sotto vuoto (forno VAR): con grado di vuoto inferiore o uguale a 1×10⁻³ Pa, precisione del controllo della temperatura ±5 gradi, per ottenere una fusione di elevata-purezza.
Miscelatore di ingredienti: per il dosaggio preciso di leghe di Ti, Al e V in spugna (errore inferiore o uguale a ±0,1%).
Matrice per stampaggio lingotti: matrice in grafite o rame resistente al calore-, personalizzata per le dimensioni del lingotto (ad es. Φ300-800 mm, lunghezza 1.000-3.000 mm).
1.2Lavorazione a caldo (barre e piastre di formatura)
1.2.1Forgiatura (da lingotti a prodotti semi-finiti)
Obiettivo del processo: rompere la grana grossa del lingotto, migliorare la densità del materiale (densità relativa maggiore o uguale al 99,5%) e formare forme iniziali (billette per barre/piastre).
Passaggi chiave:
Riscaldamento dei lingotti: riscaldare i lingotti a 950-1050 gradi (+ regione di fase diTi-6Al-4V ELI) e mantenere per 2-4 ore per una temperatura uniforme.
Forgiatura a caldo: utilizzare la forgiatura a pressa per modellare i lingottibillette da barra (Φ50-200mm)Obillette di lamiera (spessore 20-100 mm, larghezza 300-1000 mm).
Attrezzatura richiesta:
Forno di riscaldamento a resistenza elettrica: con intervallo di controllo della temperatura di 800-1200 gradi, adatto per il riscaldamento di lingotti di grandi dimensioni.
Pressa idraulica per forgiatura: 1000-5000 tonnellate, con controllo di posizione di precisione (errore inferiore o uguale a ± 0,5 mm) per forgiatura uniforme.
Stampi per forgiatura: stampi in acciaio H13 trattato termicamente-, con sistemi di raffreddamento per prevenirne l'usura.
1.2.2 Laminazione (dai prodotti semi-finiti alle barre/piastre finali)
Obiettivo del processo: affinare la grana, controllare le dimensioni finali (ad esempio, tolleranza del diametro della barra ± 0,1 mm, tolleranza dello spessore della piastra ± 0,05 mm) e migliorare la qualità della superficie.
Passaggi chiave per i bar:
Laminazione a caldo: billette con roll bar a 850-950 gradi per ridurre il diametro passo dopo passo- (ad es. Φ100 mm → Φ50 mm).
Trafilatura a freddo (facoltativa): per barre ad alta-precisione (ad es. Φ10-30 mm), esegui la trafilatura a freddo a temperatura ambiente per migliorare la precisione dimensionale.
Passaggi chiave per le piastre:
Laminazione a caldo: laminare le billette della lamiera a 850-950 gradi per ridurre lo spessore (ad es. 50 mm → 10 mm) ed espandere la larghezza.
Laminazione a freddo (opzionale): per lamiere sottili (spessore inferiore o uguale a 5 mm), laminazione a freddo per ottenere una ruvidità superficiale Ra inferiore o uguale a 0,8 μm.
Attrezzatura richiesta:
Laminatoio a caldo:
Per barre: laminatoio continuo multi-gabbie (3-5 gabbie), con diametro del rullo 200-500 mm.
Per piastre: quattro-laminatoi reversibili alti, con diametro del cilindro di lavoro 150-300 mm e larghezza 1.000-2.000 mm.
Trafilatrice a freddo (per barre): con forza di trafilatura 50-200kN, dotata di sistema di lubrificazione dello stampo.
Laminatoio a freddo (per piastre): laminatoio a due-o quattro-alto, con controllo di precisione della distanza tra i rulli (±0,01 mm).
1.3 Trattamento termico (ottimizzazione delle prestazioni)
Obiettivo del processo: regolare le proprietà meccaniche (resistenza alla trazione maggiore o uguale a 860MPa, resistenza allo snervamento maggiore o uguale a 795 MPa, allungamento maggiore o uguale al 10%) ed eliminare lo stress interno.
Passaggi chiave:
Ricottura: riscaldare barre/piastre a 700-750 gradi, mantenere per 1-2 ore, quindi raffreddare all'aria (per alleviare lo stress) o raffreddare in forno (per proprietà più morbide).
Trattamento della soluzione + invecchiamento (facoltativo): per applicazioni ad alta resistenza-, riscaldare a 920-950 gradi (soluzione), tempra in acqua, quindi invecchiare a 500-550 gradi per 4-8 ore.
Attrezzatura richiesta:
Forno per trattamento termico sotto vuoto: con grado di vuoto inferiore o uguale a 5×10⁻³ Pa, per evitare l'ossidazione (il Ti medico non richiede incrostazioni di ossido superficiale).
Regolatore di temperatura: con controllo PID, precisione ±2 gradi, per garantire un trattamento termico uniforme.
Serbatoio di tempra: per la tempra in acqua (trattamento della soluzione), con controllo della temperatura (20-30 gradi) per prevenire la deformazione del materiale.
1.4Trattamento superficiale (igiene e biocompatibilità)
Obiettivo del processo: rimuovere i difetti superficiali (ad es. incrostazioni, graffi), migliorare la resistenza alla corrosione e soddisfare gli standard di igiene medica.
Passaggi chiave:
Decapaggio: immergere in acido misto (HNO₃ + HF) per rimuovere incrostazioni di ossido e impurità superficiali (tempo di decapaggio 5-15 minuti).
Passivazione: trattare con acido nitrico (concentrazione al 20-30%) per formare un film denso di TiO₂ (spessore 5-10 nm) per la resistenza alla corrosione.
Lucidatura (facoltativa): per i prodotti di grado-per impianti, eseguire la lucidatura meccanica (Ra inferiore o uguale a 0,2 μm) o la lucidatura elettrochimica.
Attrezzatura richiesta:
Vasca di decapaggio: vasca in PP-resistente agli acidi o titanio, con sistema di ventilazione per rimuovere i fumi acidi.
Serbatoio di passivazione: stesso materiale del serbatoio di decapaggio, con controllo della temperatura (25-40 gradi).
Lucidatrice:
Meccanica: Smerigliatrice a nastro (per barre) o lucidatrice a piastra, con nastri abrasivi (grana 800-1200).
Elettrochimico: Apparecchiatura per la lucidatura di elettrodi di titanio, con controllo della tensione (10-30 V).
Descrizione dei prodotti
2. Processi di test e apparecchiature corrispondenti
2.1Test della composizione chimica
Obiettivo del test: verificare la conformità con la composizione Gr5 ELI (Al:5,5-6,75%, V:3,5-4,5%, elementi interstiziali inferiori o uguali ai limiti) e rilevare impurità dannose (ad es. Fe inferiore o uguale allo 0,25%).
Metodi e apparecchiature di prova:
Spettrometria ad emissione ottica (OES):
Attrezzatura: spettrometro OES (ad es. Bruker Q4 TASMAN), testa 20+ elementi in 1-2 minuti, precisione ±0,01%.
Fusione di gas inerte (IGF):
Attrezzatura: analizzatore IGF (ad esempio, LECO TC600), misura il contenuto di O, N, H (limite di rilevamento 0,1 ppm).
Analizzatore di carbonio/zolfo:
Attrezzatura: analizzatore di CS (ad esempio LECO CS844), testa il contenuto di C (limite di rilevamento 0,001%).
2.2 Test delle proprietà meccaniche
Obiettivo del test: garantire che la resistenza alla trazione, il carico di snervamento, l'allungamento e la durezza soddisfino i requisiti ASTM F136.
Metodi e apparecchiature di prova:
Prova di trazione:
Attrezzatura: macchina di prova universale (ad esempio Instron 5982), con capacità di carico di 100-500 kN, misura la curva sforzo-deformazione e calcola la resistenza alla trazione/snervamento e l'allungamento.
Campione: campioni a forma di manubrio- (standard ASTM E8).
Prova di durezza:
Attrezzatura: Durometro Vickers (ad es. Wilson VH1102), test di durezza HV (carico 10 kgf, tempo di permanenza 10 s), requisito HV 280-340.
Test di impatto (opzionale):
Attrezzatura: Charpy Impact Tester (ad esempio, Instron CEAST 9050), misura la resistenza all'impatto (maggiore o uguale a 10J/cm² a temperatura ambiente).
2.3 Test della microstruttura
Obiettivo del test: verificare la dimensione dei grani (inferiore o uguale a 50μm), la distribuzione delle fasi (uniforme + fase) e l'assenza di difetti (ad es. inclusioni, crepe).
Metodi e apparecchiature di prova:
Preparazione metallografica:
Attrezzatura: rettificatrice (per la macinazione dei campioni), lucidatrice (con pasta diamantata, 1-0,25μm), vasca per incisione (mordenzante: reagente di Kroll - 1-3% HF + 2-6% HNO₃+ H₂O).
Osservazione della microstruttura:
Attrezzatura: microscopio ottico (ad es. Olympus BX53M), con ingrandimento 100-1000×; Microscopio elettronico a scansione (SEM, ad es. Zeiss Sigma 300) per osservazioni ad alta risoluzione (opzionale).
2.4Test dimensionali e di qualità della superficie
Obiettivo del test: garantire che le dimensioni soddisfino i requisiti di tolleranza e che la superficie sia priva di difetti (ad es. graffi, cavità).
Metodi e apparecchiature di prova:
Misura dimensionale:
Per barre: Calibro digitale (precisione ±0,01 mm) per diametro; Misuratore di diametro laser (ad esempio Keyence LS-9000) per la misurazione continua (velocità 1000 volte/secondo).
Per piastre: misuratore di spessore (ad esempio, Mitutoyo ID-C112) per lo spessore; Macchina di misura a coordinate (CMM, ad esempio Hexagon Global S) per precisione dimensionale 3D (errore inferiore o uguale a ±0,005 mm).
Prova di rugosità superficiale:
Attrezzatura: tester di rugosità superficiale (ad es. Mitutoyo SJ-210), misura i valori Ra, Rz (intervallo di rilevamento 0,001-20μm).
Ispezione visiva:
Attrezzatura: fotocamera o microscopio ad alta-definizione, controlla i difetti superficiali (è accettabile una dimensione del difetto inferiore o uguale a 0,1 mm).
2.5 Test di resistenza alla corrosione (fondamentale per uso medico)
Obiettivo del test: verificare la resistenza alla corrosione dei fluidi corporei (simulare l'ambiente in-vivo).
Metodi e apparecchiature di prova:
Test di polarizzazione potenziodinamica:
Attrezzatura: stazione di lavoro elettrochimica (ad esempio, Gamry Reference 600), test in fluido corporeo simulato (soluzione SBF, 37 gradi), misura la densità della corrente di corrosione (inferiore o uguale a 1×10⁻⁶ A/cm²).
Test in nebbia salina neutra (NSS):
Attrezzatura: camera a nebbia salina (ad es. Q-FOG CRH), spruzza una soluzione di NaCl al 5% (35 gradi), non richiede corrosione per un periodo superiore o uguale a 200 ore.
2.6Test non-distruttivi (NDT, per difetti interni)
Obiettivo del test: rilevare crepe interne, inclusioni o pori (non sono ammessi difetti maggiori o uguali a 0,5 mm).
Metodi e apparecchiature di prova:
Test ad ultrasuoni (UT):
Attrezzatura: rilevatore di difetti a ultrasuoni (ad es. Olympus EPOCH 650), con frequenza sonda 2-5 MHz, verifica i difetti interni (limite di rilevamento 0,1 mm).
Esame radiografico (RT, opzionale per prodotti densi):
Attrezzatura: macchina per radiografia a raggi X (ad esempio, YXLON Cheetah EVO), rileva inclusioni interne (sensibilità maggiore o uguale al 2% dello spessore).
Test con particelle magnetiche (MPT, per crepe superficiali):
Attrezzatura: Tester di particelle magnetiche (ad esempio, Eriez 6200), rileva crepe superficiali (lunghezza maggiore o uguale a 0,2 mm) su parti ferromagnetiche (raro per Ti, ma utilizzato se si sospetta una contaminazione da ferro).
Monica
Posizione:Manager
Whatsapp:+86 182 9270 2722
E-email:Cr-Re@titanmsgp.com
