Stopień medycznyGr5 ELI (Ti-6Al-4V ELI, UNS R56401)Pręty i płyty tytanowe wymagają rygorystycznych procesów produkcyjnych i testowych, aby spełnić takie standardyASTM F136(dla implantów chirurgicznych) i ISO 5832-3. Poniżej znajduje się szczegółowy podział etapów produkcji, wymaganego sprzętu, etapów testowania i odpowiedniego sprzętu.
Procesy produkcyjne i odpowiadający im sprzęt
1.1Przygotowanie surowca (wytapianie surowców i wlewki)
Cel procesu: Uzyskanie-wysokiej czystościStop Ti-6Al-4V ELIwlewki z bardzo niskimi elementami śródmiąższowymi (ELI) (O mniejsze lub równe 0,13%, C mniejsze lub równe 0,08%, N mniejsze lub równe 0,05%, H mniejsze lub równe 0,0125%).
Kluczowe kroki:
Dozowanie: Wymieszać gąbkę tytanową (Czystość większa lub równa 99,7%.), wlewki aluminiowe (czystość większa lub równa 99,95%) i stop wanadu (stop przedwzmacniacza V-Ti) naTi-6Al-4V ELIstosunek składu.
Przetapianie łukiem próżniowym (VAR): Roztopić wsad 2-3 razy w próżni w celu usunięcia zanieczyszczeń (np. gazów, wtrąceń) i zapewnienia jednolitego składu.
Wymagany sprzęt:
Próżniowy piec do przetapiania łukowego (piec VAR): ze stopniem próżni mniejszym lub równym 1×10⁻³ Pa, dokładność kontroli temperatury ±5 stopni, aby uzyskać topienie o wysokiej-czystości.
Mieszalnik składników: Do precyzyjnego dozowania gąbczastych stopów Ti, Al i V (błąd mniejszy lub równy ± 0,1%).
Matryca do formowania wlewków:-odporna na ciepło matryca grafitowa lub miedziana, dostosowana do rozmiaru wlewka (np. Φ300–800 mm, długość 1000–3000 mm).
1.2Obróbka na gorąco (formowanie prętów i płyt)
1.2.1Kucie (wlewki i półprodukty-)
Cel procesu: Rozbijanie grubych ziaren wlewka, poprawa gęstości materiału (gęstość względna większa lub równa 99,5%) i formowanie początkowych kształtów (kęsów na pręty/płyty).
Kluczowe kroki:
Ogrzewanie wlewków: Podgrzej wlewki do 950-1050 stopni (+ obszar fazowyTi-6Al-4V ELI) i przytrzymaj przez 2-4 godziny do uzyskania jednolitej temperatury.
Kucie na gorąco: Użyj kucia w prasie do kształtowania wlewkówkęsy prętowe (Φ50-200mm)Lubkęsy płytowe (grubość 20-100mm, szerokość 300-1000mm).
Wymagany sprzęt:
Elektryczny piec grzewczy oporowy: z zakresem regulacji temperatury 800-1200 stopni, odpowiedni do ogrzewania dużych wlewków.
Prasa hydrauliczna do kucia: 1000-5000 ton, z precyzyjną kontrolą położenia (błąd mniejszy lub równy ± 0,5 mm) dla równomiernego kucia.
Matryce do kucia: matryce-ze stali H13 poddanej obróbce cieplnej, z układami chłodzenia zapobiegającymi zużyciu matryc.
1.2.2 Walcowanie (półprodukty-do końcowych prętów/blach)
Cel procesu: Rozdrobnienie ziaren, kontrola ostatecznych wymiarów (np. tolerancja średnicy pręta ± 0,1 mm, tolerancja grubości blachy ± 0,05 mm) i poprawa jakości powierzchni.
Kluczowe kroki dla barów:
Walcowanie na gorąco: kęsy walcowane pod kątem 850-950 stopni w celu stopniowego zmniejszania średnicy-(np. Φ100 mm → Φ50 mm).
Ciągnienie na zimno (opcjonalnie): w przypadku prętów-o wysokiej precyzji (np. Φ10–30 mm) należy wykonywać ciągnienie na zimno w temperaturze pokojowej, aby poprawić dokładność wymiarową.
Kluczowe kroki dla płyt:
Walcowanie na gorąco: Walcowanie kęsów blachy pod kątem 850-950 stopni w celu zmniejszenia grubości (np. 50 mm → 10 mm) i zwiększenia szerokości.
Walcowanie na zimno (opcjonalnie): W przypadku cienkich blach (grubość mniejsza lub równa 5 mm) walcowanie na zimno w celu uzyskania chropowatości powierzchni Ra mniejszej lub równej 0,8 μm.
Wymagany sprzęt:
Walcownia gorąca:
W przypadku prętów: Wieloklatkowa-walcarka ciągła (3–5 klatek) o średnicy walca 200–500 mm.
Do blach: Walcarka cztero-wysoko nawrotna, o średnicy walca roboczego 150–300 mm i szerokości 1000–2000 mm.
Ciągarka na zimno (do prętów): o sile ciągnienia 50-200kN, wyposażona w układ smarowania matrycy.
Walcarka na zimno (do blach): walcarka o dwóch-lub czterech-wysokościach, z precyzyjną kontrolą szczeliny walców (±0,01 mm).
1.3 Obróbka cieplna (optymalizacja wydajności)
Cel procesu: Dostosowanie właściwości mechanicznych (wytrzymałość na rozciąganie większa lub równa 860 MPa, granica plastyczności większa lub równa 795 MPa, wydłużenie większe lub równe 10%) i wyeliminowanie naprężeń wewnętrznych.
Kluczowe kroki:
Wyżarzanie: Podgrzej pręty/płyty do temperatury 700-750 stopni, przytrzymaj przez 1-2 godziny, następnie ochłodź na powietrzu (w celu odprężenia) lub w piecu (w celu uzyskania bardziej miękkich właściwości).
Obróbka roztworem + starzenie (opcjonalnie): w przypadku zastosowań o wysokiej-wytrzymałości, podgrzać do 920–950 stopni (roztwór), ostudzić w wodzie, a następnie starzić w temperaturze 500–550 stopni przez 4–8 godzin.
Wymagany sprzęt:
Próżniowy piec do obróbki cieplnej: ze stopniem próżni mniejszym lub równym 5 × 10⁻³ Pa, aby uniknąć utleniania (medyczne Ti nie wymaga powierzchniowej zgorzeliny tlenkowej).
Kontroler temperatury: Ze sterowaniem PID, dokładność ± 2 stopni, aby zapewnić równomierną obróbkę cieplną.
Zbiornik hartowniczy: Do hartowania w wodzie (obróbka roztworowa), z kontrolą temperatury (20-30 stopni), aby zapobiec deformacji materiału.
1.4Obróbka powierzchni (higiena i biokompatybilność)
Cel procesu: Usunięcie wad powierzchniowych (np. zgorzeliny, zadrapań), poprawa odporności na korozję i spełnienie standardów higieny medycznej.
Kluczowe kroki:
Trawienie: Zanurzyć w mieszanym kwasie (HNO₃ + HF) w celu usunięcia kamienia tlenkowego i zanieczyszczeń powierzchniowych (czas trawienia 5-15 minut).
Pasywacja: Traktować kwasem azotowym (stężenie 20-30%), aby utworzyć gęstą warstwę TiO₂ (grubość 5-10 nm) zapewniającą odporność na korozję.
Polerowanie (opcjonalnie): w przypadku produktów-do implantów należy wykonać polerowanie mechaniczne (Ra mniejsze lub równe 0,2 μm) lub polerowanie elektrochemiczne.
Wymagany sprzęt:
Zbiornik do trawienia: zbiornik-kwasoodporny z PP lub tytanu, z systemem wentylacji usuwającym opary kwasu.
Zbiornik do pasywacji: ten sam materiał co zbiornik do wytrawiania, z kontrolą temperatury (25-40 stopni).
Maszyna do polerowania:
Mechaniczne: Szlifierka taśmowa (do prętów) lub polerka płytowa z pasami ściernymi (ziarno 800-1200).
Elektrochemiczne: Sprzęt do polerowania elektrodą tytanową, z regulacją napięcia (10-30V).
Opis produktów
2. Procesy testowania i odpowiadający im sprzęt
2.1Badanie składu chemicznego
Cel testu: Sprawdzenie zgodności ze składem Gr5 ELI (Al:5,5-6,75%, V:3,5-4,5%, elementy śródmiąższowe mniejsze lub równe limitom) i wykrycie szkodliwych zanieczyszczeń (np. Fe mniejsze lub równe 0,25%).
Metody testowania i sprzęt:
Optyczna spektrometria emisyjna (OES):
Sprzęt: Spektrometr OES (np. Bruker Q4 TASMAN), testuje 20+ elementów w czasie 1-2 minut, dokładność ±0,01%.
Fuzja gazu obojętnego (IGF):
Sprzęt: Analizator IGF (np. LECO TC600), mierzy zawartość O, N, H (granica wykrywalności 0,1 ppm).
Analizator węgla/siarki:
Sprzęt: Analizator CS (np. LECO CS844), testuje zawartość C (granica wykrywalności 0,001%).
2.2 Testowanie właściwości mechanicznych
Cel testu: Zapewnienie, że wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności, wydłużenie i twardość spełniają wymagania ASTM F136.
Metody testowania i sprzęt:
Próba rozciągania:
Wyposażenie: Uniwersalna maszyna wytrzymałościowa (np. Instron 5982) o nośności 100-500kN, mierzy krzywą naprężenie-odkształcenie i oblicza granicę plastyczności, wydłużenie.
Próbka: próbki w kształcie-hantli (norma ASTM E8).
Test twardości:
Sprzęt: Twardościomierz Vickersa (np. Wilson VH1102), testuje twardość HV (obciążenie 10 kgf, czas przebywania 10 s), wymagania HV 280-340.
Test udarności (opcjonalnie):
Sprzęt: Tester udarności Charpy'ego (np. Instron CEAST 9050), mierzy udarność (większą lub równą 10J/cm² w temperaturze pokojowej).
2.3 Testowanie mikrostruktury
Cel testu: Sprawdzenie wielkości ziaren (mniejszej lub równej 50 μm), rozkładu faz (równomierny + faza) i braku defektów (np. wtrąceń, pęknięć).
Metody testowania i sprzęt:
Przygotowanie metalograficzne:
Wyposażenie: Szlifierka (do rozdrabniania próbek), Polerka (z pastą diamentową 1-0,25μm), Zbiornik do trawienia (trawienie: odczynnik Krolla - 1-3% HF + 2-6% HNO₃+ H₂O).
Obserwacja mikrostruktury:
Sprzęt: Mikroskop optyczny (np. Olympus BX53M) o powiększeniu 100-1000×; Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM, np. Zeiss Sigma 300) do obserwacji w wysokiej rozdzielczości (opcjonalnie).
2.4Testowanie jakości wymiarowej i powierzchniowej
Cel testu: Upewnij się, że wymiary spełniają wymagania tolerancji, a powierzchnia jest wolna od wad (np. zadrapań, wgłębień).
Metody testowania i sprzęt:
Pomiar wymiarowy:
Dla prętów: Suwmiarka cyfrowa (dokładność ±0,01 mm) dla średnicy; Laserowy miernik średnicy (np. Keyence LS-9000) do pomiarów ciągłych (prędkość 1000 razy/sekundę).
W przypadku płyt: Grubościomierz (np. Mitutoyo ID-C112) do pomiaru grubości; Współrzędnościowa maszyna pomiarowa (CMM, np. Hexagon Global S) zapewniająca dokładność wymiarową 3D (błąd mniejszy lub równy ± 0,005 mm).
Test chropowatości powierzchni:
Wyposażenie: Tester chropowatości powierzchni (np. Mitutoyo SJ-210), mierzy wartości Ra, Rz (zakres detekcji 0,001-20µm).
Kontrola wizualna:
Sprzęt: kamera-o wysokiej rozdzielczości lub mikroskop, sprawdza defekty powierzchni (dopuszczalny jest rozmiar defektu mniejszy lub równy 0,1 mm).
2.5 Testowanie odporności na korozję (krytyczne w zastosowaniach medycznych)
Cel testu: sprawdzenie odporności na korozję płynów ustrojowych (symulacja środowiska in-vivo).
Metody testowania i sprzęt:
Potencjodynamiczny test polaryzacji:
Sprzęt: Elektrochemiczna stacja robocza (np. Gamry Reference 600), badania w symulowanym płynie ustrojowym (roztwór SBF, 37 stopni), mierzy gęstość prądu korozyjnego (mniejszą lub równą 1×10⁻⁶ A/cm²).
Test neutralnej mgły solnej (NSS):
Wyposażenie: Komora do mgły solnej (np. Q-FOG CRH), rozpyla 5% roztwór NaCl (35 stopni), nie wymaga korozji przez co najmniej 200 godzin.
2.6Testy nie{0}niszczące (NDT, pod kątem defektów wewnętrznych)
Cel testu: Wykrycie wewnętrznych pęknięć, wtrąceń lub porów (niedopuszczalne są defekty większe lub równe 0,5 mm).
Metody testowania i sprzęt:
Badania ultradźwiękowe (UT):
Sprzęt: Defektoskop ultradźwiękowy (np. Olympus EPOCH 650) o częstotliwości sondy 2-5 MHz, bada defekty wewnętrzne (granica wykrywalności 0,1 mm).
Badania radiograficzne (RT, opcjonalnie dla grubych produktów):
Sprzęt: Aparat do radiografii rentgenowskiej (np. YXLON Cheetah EVO) wykrywa wtrącenia wewnętrzne (czułość większa lub równa 2% grubości).
Badanie cząstek magnetycznych (MPT, pod kątem pęknięć powierzchniowych):
Sprzęt: Magnetyczny tester cząstek (np. Eriez 6200), wykrywa pęknięcia powierzchniowe (o długości większej lub równej 0,2 mm) na częściach ferromagnetycznych (rzadkie w przypadku Ti, ale stosowane w przypadku podejrzenia zanieczyszczenia żelazem).
Monika
Pozycja:Menedżer
WhatsApp:+86 182 9270 2722
E-mail-:Cr-Re@titanmsgp.com
