1,Processamento primário: do minério ao tarugo processável
Este é o elo mais caro de toda a cadeia da indústria do titânio.
Produção de titânio esponja (principalmente método Kroll):
Converta minério de titânio (rutilo ou ilmenita) em titânio esponjoso (titânio puro poroso).
Processo: Minério de titânio → Cloração em tetracloreto de titânio (TiCl ₄) → Redução térmica de magnésio (método Kroll) → Destilação a vácuo → Esponja de titânio.
Características: O processo complexo, o enorme consumo de energia e a produção intermitente são uma das razões fundamentais para o alto preço das ligas de titânio. Métodos emergentes de eletrólise, como o processo FFC Cambridge, visam reduzir o consumo e os custos de energia, mas ainda não foram comercializados em grande escala.
2). Fusão:
Derreta titânio esponjoso, elementos de liga e material de retorno em lingotes uniformemente compostos sob proteção contra vácuo ou gás inerte (argônio).
Principais tecnologias:
Fusão por arco consumível a vácuo (VAR): o método mais convencional. O eletrodo é derretido por arco em uma câmara de vácuo e colocado em um cadinho de cobre resfriado-com água para solidificar. Para garantir pureza e uniformidade, normalmente são realizados dois ou três processos de fusão.
Fusão em forno de cama fria (CHM): incluindo forno de cama fria por feixe de elétrons (EBCHM) e forno de cama fria a arco de plasma (PACHM). Ele pode remover com eficiência impurezas de alta/baixa{1}}densidade e é comumente usado na preparação de lingotes e tarugos de titânio de alta-qualidade para aviação.
2,Fabricação de conformação: moldar a peça bruta no formato desejado
Este é o elo central que reflete a dificuldade do processamento da liga de titânio.
A. Formação de Plástico
Forjamento convencional:Após aquecimento em forno de ar, é formado com martelo ou prensa de forjamento. Camada de óxido superficial fácil de gerar (camada de fragilização alfa), que precisa ser removida posteriormente.
Forjamento isotérmico/quente:uma tecnologia chave para forjamento de precisão de ligas de titânio. Aqueça o molde a uma temperatura semelhante à do tarugo (geralmente 800-1000 graus C) e forme-o sob pressão lenta. Isso reduz bastante a resistência à deformação, a queda de temperatura e a reação da superfície, permitindo a produção de peças forjadas com formato quase final com formas complexas, alta precisão e distribuição aerodinâmica razoável. No entanto, o custo e o consumo de energia dos moldes (geralmente feitos de superligas à base de níquel ou ligas à base de molibdênio) são extremamente elevados.
Rolando:Produção de chapas, tiras, barras e tubos. A laminação a quente é realizada em atmosfera protetora ou revestimento para evitar oxidação; A laminação a frio requer recozimento intermediário para eliminar o endurecimento por trabalho.
Apertando:Utilizado para produção de perfis e tubos. Após o aquecimento do tarugo, ele é extrudado através de um molde sob alta pressão. Lubrificantes de vidro e revestimentos protetores são necessários para evitar a aderência e oxidação do molde.
Formação Superplástica (SPF):Ao utilizar a superplasticidade (alongamento extremamente alto) da liga de titânio em uma temperatura/taxa específica e combiná-la com a pressão do ar para se ajustar ao molde como vidro soprado, componentes complexos de paredes finas-podem ser formados de uma só vez. Frequentemente combinado com ligação por difusão (DB) para formar a tecnologia SPF/DB, usada para fabricar estruturas ocas multi-camadas para aplicações aeroespaciais.
B. Fundição
Fundição de precisão a vácuo: realizada principalmente em fornos de condensação a arco consumíveis a vácuo. O eletrodo derrete em um arco sob vácuo e flui para dentro do molde cerâmico. Devido à reação entre o titânio e quase todos os materiais de moldagem, devem ser utilizados materiais refratários especiais (como a camada superficial de óxido de ítrio).
Aplicação: Adequado para produzir componentes estruturais estáticos com formatos extremamente complexos que não exigem usinagem extensa, como carcaças de motores, corpos de bombas e cabeças-de bolas de golfe de alta qualidade.
C. Fabricação Aditiva (Impressão 3D) - Tecnologia Revolucionária
O uso direto de pó de liga de titânio ou material de arame, camada por camada, para fabricar peças sólidas é particularmente adequado para estruturas complexas, design leve e personalização de pequenos lotes.
Principais tecnologias:
Fusão seletiva a laser (SLM)/Fusão de leito de pó a laser (LPBF): Em uma câmara de atmosfera inerte, o pó de liga de titânio no leito de pó é derretido ponto por ponto usando um laser fino. Alta precisão e boa qualidade de superfície.
Fusão por feixe de elétrons (EBM): fusão do pó com um feixe de elétrons em um ambiente de vácuo. A velocidade de conformação é rápida, o estresse térmico é baixo e o desempenho das peças é próximo ao das peças forjadas, mas a superfície é relativamente rugosa.
Vantagens: A taxa de utilização de material é extremamente alta (quase 100%), alcançando estruturas de otimização de topologia, como rede extremamente complexa, favo de mel e canais de resfriamento ocos integrados. É insubstituível nas áreas aeroespacial (andaimes leves, lâminas com canais de resfriamento) e médica (implantes ósseos porosos personalizados).
3,Processamento e manuseio subsequente
1) Usinagem:
A liga de titânio é um material típico difícil de usinar devido à sua baixa condutividade térmica (o calor se acumula na ferramenta), alta afinidade química (fácil de reagir com o material da ferramenta) e baixo módulo de elasticidade (fácil de causar vibração e ferramenta).
Contramedida: Use máquinas-ferramentas de alta rigidez, ferramentas de corte de liga dura ou PCD com revestimento especial, baixa velocidade de corte, grande taxa de avanço, alta-pressão e fluido de corte de alto fluxo para resfriamento suficiente.
Tratamento térmico:
Recozimento: elimina tensões internas, estabiliza a estrutura e melhora a plasticidade. É o tratamento térmico mais utilizado.
Tratamento de solução+envelhecimento: usado para ligas de titânio + bi-fases (como Ti-6Al-4V), para obter reforço de dispersão e melhorar a resistência por meio de têmpera e envelhecimento em baixa temperatura.
Tratamento de superfície
Limpeza: Jateamento de areia e lavagem com ácido (geralmente usando HF-HNO ∝ ácido misto) para remover incrustações de óxido e camada de poluição.
Reforço/funcionalização: A oxidação por microarco (MAO) gera revestimentos cerâmicos para melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão; A nitretação/nitretação melhora a dureza superficial; Anodizando coloração e melhorando a resistência à corrosão; A pulverização térmica (como a pulverização WC Co) melhora a resistência ao desgaste.
Tecnologia de conexão:
Soldagem: precisa ser realizada sob gás argônio de alta pureza ou proteção a vácuo. Os métodos comuns incluem soldagem com gás inerte de tungstênio (GTAW/TIG), soldagem por feixe de elétrons (EBW) e soldagem a laser (LBW). É necessária uma limpeza rigorosa antes da soldagem.
Ligação por difusão (DB): Conecta átomos da superfície de contato por meio de difusão mútua sob alta temperatura e pressão, usada na fabricação de componentes SPF/DB.
