Grado médicoGr5 ELI (Ti-6Al-4V ELI, UNS R56401)Las barras y placas de titanio requieren estrictos procesos de producción y prueba para cumplir con estándares comoNorma ASTM F136(para implantes quirúrgicos) e ISO 5832-3. A continuación se muestra un desglose detallado de los pasos de producción, el equipo requerido, las etapas de prueba y el equipo correspondiente.
Procesos de producción y equipos correspondientes
1.1Preparación de Materias Primas (Fundición de Materias Primas y Lingotes)
Objetivo del proceso: producir productos de alta-purezaAleación Ti-6Al-4V ELIlingotes con elementos intersticiales extra bajos (ELI) (O menor o igual a 0,13%, C menor o igual a 0,08%, N menor o igual a 0,05%, H menor o igual a 0,0125%).
Pasos clave:
Procesamiento por lotes: Mezcle esponja de titanio (Mayor o igual al 99,7% de pureza.), lingotes de aluminio (pureza superior o igual al 99,95 %) y aleación de vanadio (aleación maestra V-Ti) porTi-6Al-4V elirelación de composición.
refundición por arco al vacío (VAR): derrita el lote 2 o 3 veces al vacío para eliminar impurezas (p. ej., gas, inclusiones) y garantizar una composición uniforme.
Equipo requerido:
Horno de refundición de arco al vacío (horno VAR): con un grado de vacío menor o igual a 1×10⁻³ Pa, precisión de control de temperatura ±5 grados, para lograr una fusión de alta-pureza.
Mezclador de ingredientes: Para dosificación precisa de aleaciones esponjosas de Ti, Al y V (error menor o igual a ±0,1%).
Matriz de moldeo de lingotes: matriz de grafito o cobre resistente al calor-, personalizada para el tamaño del lingote (p. ej., Φ300-800 mm, longitud 1000-3000 mm).
1.2Trabajo en Caliente (Formado de Barras y Placas)
1.2.1Forja (desde lingotes hasta productos semiacabados)
Objetivo del proceso: Romper los granos gruesos de los lingotes, mejorar la densidad del material (densidad relativa mayor o igual al 99,5%) y formar formas iniciales (palanquillas para barras/placas).
Pasos clave:
Calentamiento de lingotes: Caliente los lingotes a 950-1050 grados (+ región de fase deTi-6Al-4V ELI) y manténgalo durante 2 a 4 horas para obtener una temperatura uniforme.
Forjado en caliente: utilice el forjado en prensa para dar forma a los lingotes.palanquillas de barra (Φ50-200 mm)opalanquillas (espesor 20-100 mm, ancho 300-1000 mm).
Equipo requerido:
Horno de calentamiento por resistencia eléctrica: con rango de control de temperatura de 800 a 1200 grados, adecuado para calentamiento de lingotes grandes.
Prensa de Forja Hidráulica: 1000-5000 toneladas, con control de posición de precisión (error menor o igual a ±0,5 mm) para un forjado uniforme.
Troqueles de forja: troqueles de acero H13 con tratamiento térmico-, con sistemas de refrigeración para evitar el desgaste del troquel.
1.2.2 Laminado (productos semi-elaborados hasta barras/placas finales)
Objetivo del proceso: Refinar los granos, controlar las dimensiones finales (p. ej., tolerancia del diámetro de la barra ±0,1 mm, tolerancia del espesor de la placa ±0,05 mm) y mejorar la calidad de la superficie.
Pasos clave para bares:
Laminación en caliente: barra enrollable a 850-950 grados para reducir el diámetro paso-paso (p. ej., Φ100 mm → Φ50 mm).
Estirado en frío (opcional): para barras de alta-precisión (p. ej., Φ10-30 mm), realice el estirado en frío a temperatura ambiente para mejorar la precisión dimensional.
Pasos clave para los platos:
Laminación en caliente: Lamine los tochos de placa a 850-950 grados para reducir el espesor (por ejemplo, 50 mm → 10 mm) y ampliar el ancho.
Laminación en frío (opcional): para placas delgadas (espesor menor o igual a 5 mm), lamine en frío para lograr una rugosidad superficial Ra menor o igual a 0,8 μm.
Equipo requerido:
Laminador en caliente:
Para barras: Laminador continuo de múltiples soportes (3-5 soportes), con diámetro de rodillo de 200-500 mm.
Para placas: Laminador reversible de cuatro-alto, con diámetro de rodillo de trabajo de 150-300 mm y ancho de 1000-2000 mm.
Máquina de trefilado en frío (para barras): Con fuerza de trefilado de 50-200 kN, equipada con sistema de lubricación de matriz.
Laminador en frío (para placas): Laminador de dos-alto o cuatro-alto, con control de precisión de separación entre rodillos (±0,01 mm).
1.3 Tratamiento térmico (optimización del rendimiento)
Objetivo del proceso: Ajustar las propiedades mecánicas (resistencia a la tracción mayor o igual a 860MPa, límite elástico mayor o igual a 795 MPa, alargamiento mayor o igual al 10 %) y eliminar tensiones internas.
Pasos clave:
Recocido: Caliente las barras/placas a 700-750 grados, manténgalas durante 1 a 2 horas, luego enfríe al aire (para aliviar la tensión) o enfríe en un horno (para propiedades más suaves).
Tratamiento de solución + envejecimiento (opcional): para aplicaciones de alta-resistencia, calentar a 920-950 grados (solución), enfriar con agua y luego envejecer a 500-550 grados durante 4-8 horas.
Equipo requerido:
Horno de tratamiento térmico al vacío: con grado de vacío menor o igual a 5×10⁻³ Pa, para evitar la oxidación (el Ti médico no requiere incrustaciones de óxido en la superficie).
Controlador de temperatura: Con control PID, precisión ±2 grados, para garantizar un tratamiento térmico uniforme.
Tanque de enfriamiento: Para enfriamiento con agua (tratamiento de solución), con control de temperatura (20-30 grados) para evitar la deformación del material.
1.4Tratamiento de Superficies (Higiene y Biocompatibilidad)
Objetivo del proceso: Eliminar defectos de la superficie (p. ej., incrustaciones, rayones), mejorar la resistencia a la corrosión y cumplir con los estándares de higiene médica.
Pasos clave:
Decapado: Sumergir en ácido mixto (HNO₃ + HF) para eliminar las incrustaciones de óxido y las impurezas de la superficie (tiempo de decapado de 5 a 15 minutos).
Pasivación: Trate con ácido nítrico (concentración del 20-30%) para formar una película densa de TiO₂ (espesor 5-10 nm) para resistencia a la corrosión.
Pulido (opcional): para productos de calidad de implante-, realice un pulido mecánico (Ra menor o igual a 0,2 μm) o un pulido electroquímico.
Equipo requerido:
Tanque de Decapado: Tanque de PP o titanio resistente a ácidos-, con sistema de ventilación para eliminar vapores ácidos.
Tanque de pasivación: Mismo material que el tanque de decapado, con control de temperatura (25-40 grados).
Pulidor:
Mecánico: Lijadora de banda (para barras) o pulidora de placas, con bandas abrasivas (grano 800-1200).
Electroquímico: Equipo de pulido de electrodos de titanio, con control de voltaje (10-30V).
Descripción de productos
2. Procesos de prueba y equipos correspondientes
2.1Pruebas de composición química
Objetivo de la prueba: Verificar el cumplimiento de la composición del ELI Gr5 (Al: 5,5-6,75 %, V: 3,5-4,5 %, elementos intersticiales menores o iguales a los límites) y detectar impurezas nocivas (p. ej., Fe menor o igual a 0,25 %).
Métodos y equipos de prueba:
Espectrometría de emisión óptica (OES):
Equipo: Espectrómetro OES (p. ej., Bruker Q4 TASMAN), prueba 20+ elementos en 1-2 minutos, precisión ±0,01%.
Fusión de gas inerte (IGF):
Equipo: Analizador de IGF (p. ej., LECO TC600), mide el contenido de O, N, H (límite de detección 0,1 ppm).
Analizador de Carbono/Azufre:
Equipo: Analizador de CS (p. ej., LECO CS844), prueba el contenido de C (límite de detección 0,001%).
2.2 Pruebas de propiedades mecánicas
Objetivo de la prueba: Garantizar que la resistencia a la tracción, el límite elástico, el alargamiento y la dureza cumplan con los requisitos de ASTM F136.
Métodos y equipos de prueba:
Prueba de tracción:
Equipo: Máquina de prueba universal (p. ej., Instron 5982), con capacidad de carga de 100-500 kN, mide la curva tensión-deformación y calcula la resistencia a la tracción/elástico y el alargamiento.
Muestra: Muestras en forma de mancuerna-(estándar ASTM E8).
Prueba de dureza:
Equipo: Probador de dureza Vickers (p. ej., Wilson VH1102), prueba la dureza HV (carga 10 kgf, tiempo de permanencia 10 s), requisito HV 280-340.
Prueba de impacto (opcional):
Equipo: Probador de impacto Charpy (p. ej., Instron CEAST 9050), mide la tenacidad al impacto (mayor o igual a 10J/cm² a temperatura ambiente).
2.3 Pruebas de microestructura
Objetivo de la prueba: verificar el tamaño del grano (menor o igual a 50 μm), la distribución de fases (uniforme + fase) y la ausencia de defectos (p. ej., inclusiones, grietas).
Métodos y equipos de prueba:
Preparación metalográfica:
Equipo: Máquina rectificadora (para molienda de muestras), Máquina pulidora (con pasta de diamante, 1-0,25 μm), Tanque de grabado (grabador: reactivo de Kroll - 1-3% HF + 2-6% HNO₃+ H₂O).
Observación de microestructura:
Equipo: Microscopio óptico (p. ej., Olympus BX53M), con aumento de 100-1000×; Microscopio electrónico de barrido (SEM, por ejemplo, Zeiss Sigma 300) para observación de alta resolución (opcional).
2.4Pruebas de calidad dimensional y superficial
Objetivo de la prueba: Garantizar que las dimensiones cumplan con los requisitos de tolerancia y que la superficie esté libre de defectos (p. ej., rayones, picaduras).
Métodos y equipos de prueba:
Medición dimensional:
Para barras: Calibre digital (precisión ±0,01 mm) para diámetro; Medidor de diámetro láser (por ejemplo, Keyence LS-9000) para medición continua (velocidad 1000 veces/segundo).
Para placas: Medidor de espesor (por ejemplo, Mitutoyo ID-C112) para espesor; Máquina de medición de coordenadas (CMM, por ejemplo, Hexagon Global S) para precisión dimensional 3D (error menor o igual a ±0,005 mm).
Prueba de rugosidad superficial:
Equipo: Probador de rugosidad de superficies (p. ej., Mitutoyo SJ-210), mide los valores Ra, Rz (rango de detección 0,001-20 μm).
Inspección visual:
Equipo: cámara o microscopio de alta-definición, comprueba si hay defectos en la superficie (se acepta un tamaño de defecto inferior o igual a 0,1 mm).
2.5 Pruebas de resistencia a la corrosión (críticas para uso médico)
Objetivo de la prueba: verificar la resistencia a la corrosión de los fluidos corporales (simular un entorno-vivo).
Métodos y equipos de prueba:
Prueba de polarización potenciodinámica:
Equipo: Estación de trabajo electroquímica (p. ej., Gamry Reference 600), pruebas en fluido corporal simulado (solución SBF, 37 grados), mide la densidad de corriente de corrosión (menor o igual a 1×10⁻⁶ A/cm²).
Prueba de niebla salina neutra (NSS):
Equipo: Cámara de pulverización de sal (p. ej., Q-FOG CRH), pulveriza una solución de NaCl al 5 % (35 grados), no requiere corrosión durante 200 horas o más.
2.6Pruebas no-destructivas (END, para defectos internos)
Objetivo de la prueba: Detectar grietas, inclusiones o poros internos (no se permiten defectos mayores o iguales a 0,5 mm).
Métodos y equipos de prueba:
Pruebas ultrasónicas (UT):
Equipo: Detector de defectos ultrasónico (por ejemplo, Olympus EPOCH 650), con frecuencia de sonda de 2 a 5 MHz, prueba defectos internos (límite de detección de 0,1 mm).
Pruebas Radiográficas (RT, opcional para productos gruesos):
Equipo: Máquina de Radiografía de rayos X-(p. ej., YXLON Cheetah EVO), detecta inclusiones internas (sensibilidad mayor o igual al 2% del espesor).
Prueba de Partículas Magnéticas (MPT, para grietas superficiales):
Equipo: Probador de partículas magnéticas (p. ej., Eriez 6200), detecta grietas superficiales (longitud mayor o igual a 0,2 mm) en piezas ferromagnéticas (poco común para Ti, pero se usa si se sospecha contaminación por hierro).
Mónica
Posición:Gerente
WhatsApp:+86 182 9270 2722
Correo electrónico-:Cr-Re@titanmsgp.com
