تیتانیوم گرید 2 پزشکی

فرآیندهای ساخت و تولید تیتانیوم گرید 2
عملیات حرارتی تیتانیوم گرید 2
عملیات حرارتی‌های مورد استفاده برای تیتانیوم تجاری شامل آنیل و رهاسازی تنش هستند. عملیات آنیل به منظور نرم‌ کردن ماده و از بین بردن تنش باقیمانده به کار می‌رود. عملیات آنیل در محصولات کار شده، در دماهای رایج کمتر از استحاله بتا، منجر به تبلور مجدد کامل ساختار آلفا هم محور می‌شود. کنترل دقیق اندازه دانه و خواص مکانیکی با تنظیم دمای آنیل، قابل دست‌یابی است.
عملیات آزادسازی تنش به منظور از بین بردن تمام و یا قسمتی از تنش‌های باقیمانده ناشی از شکل‌دهی استفاده می‌شود.
تیتانیوم و آلیاژهای آن میل زیادی به گازهایی مثل اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن دارند. زمانی که تیتانیوم‌های تجاری در هوا حرارت می‌بینند، جذب اکسیژن منجر به تشکیل یک لایه بسیار سخت، ترد با فاز آلفای پایدار شده با اکسیژن می‌شود که به آن پوسته آلفا (alpha case) می‌گویند.
آنیل میانی یا نهایی تیتانیوم‌های تجاری غالباً در خلأ یا اتمسفر گاز خنثی انجام می‌شود تا از تشکیل پوسته آلفا و اتلاف ماده جلوگیری به عمل آید. اجرای عملیات آنیل در خلأ می‌تواند به از بین بردن پیکاپ هیدروژن اضافی (excess hydrogen pickup) کمک کند. این عملیات به عنوان فرایند گاززدایی خلأ شناخته می‌شود.
توجه داشته باشید که تمیز بودن قطعاتی که تحت عملیات حرارتی در خلأ قرار می‌گیرند، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

در جدول زیر عملیات حرارتی تیتانیوم گرید 2 شرح داده شده است.

آنیل
عملیات حرارتی در بازه دمایی 595 الی 705 درجه سانتی‌گراد (1100 تا 1300 درجه فارنهایت) به مدت 2 ساعت + سرد کردن در هوا
تنش زدایی
عملیات حرارتی در بازه دمایی 540 الی 595 درجه سانتی‌گراد (1000 تا 1100 درجه فارنهایت) به مدت 15 تا 30 دقیقه + سرد کردن در هوا
تمیزکاری بعد از عملیات حرارتی تیتانیوم گرید 2
بعد از انجام عملیات حرارتی و سرد کردن در هوا، ضروری است که هم سطح پوسته و هم قسمت ترد زیرین آن (پوسته آلفا) به طور کامل از بین برود فرایند تمیزکاری و حذف این پوسته‌ها را می‌توان با روش‌های مکانیکی مثل سنگ‌زنی و ماشینکاری انجام داد. همچنین روش‌های شیمیایی مثل پوسته‌زدایی با استفاده از نمک مذاب یا ساینده و به دنبال آن اسیدشویی در مخلوط نیتریک اسید/هیدروفلوئوریک اسید نیز می‌توانند در این خصوص موثر باشند.
در صورتی که ماشینکاری یا اسیدشویی مدنظر نباشد، عملیات حرارتی قطعات نهایی بایستی در خلأ انجام شود. تمیز بودن قطعاتی که تحت عملیات حرارتی در خلأ قرار می‌گیرد، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. هرگونه روغن، اثر انگشت و آثار باقیمانده بر روی سطح، می‌تواند حتی در اتمسفر خلأ منجر به تشکیل پوسته آلفا شود. پردازش قطعاتی که در خلأ عملیات حرارتی می‌شوند، شامل مراحل زیر است:
پاکسازی کامل با استفاده از حلال غیرکلری (برای جلوگیری از خوردگی تنشی ناشی از کلر) و یا محلول تمیز آبی
شستشو با مقدار فراوان از آب‌یون زدایی شده یا آب مقطر به منظور از بین بردن کامل تمام آثار حاصل از عامل پاکسازی (توجه داشته باشید که در این مرحله نباید از آب شیر معمولی استفاده شود.)
خشک کردن.
بعد از اتمام فرایند پاکسازی، قطعات باید با استفاده از دستکش‌های کاملاً تمیز لمس و برداشته شوند تا مجدداً آلودگی در قطعات به وجود نیاید.
شکل‌دهی داغ تیتانیوم گرید 2
تیتانیوم گرید 2 را می‌توان با تکنیک‌های رایجی از جمله نورد داغ و پرس داغ تحت شکل‌دهی گرم قرار داد. دمای آغاز شکل‌دهی باید 30 تا 50 درجه سانتی‌گراد (50 الی 100 درجه فارنهایت) بالاتر از استحاله بتا باشد. دمای نهایی فرایند نیز معمولاً از 815 درجه سانتی‌گراد (1500 درجه فارنهایت) تا تقریباً 900 درجه سانتی‌گراد (1650 درجه فارنهایت) است که در محدوده دمایی فاز آلفا-بتا قرار داد.
شکل‌دهی داغ تیتانیوم Cp grade 2 علاوه بر تکنیک‌های نورد داغ و پرس داغ، با تکنیک‌های دیگری همچون شکل‌دهی چرخشی، فورج و شکل‌دهی هیدرولیکی قابل انجام است .
معمولاً شکل‌دهی شدید در بازه دمایی 480 الی 540 درجه سانتی‌گراد (900 تا 1000 درجه فارنهایت) صورت می‌گیرد؛ درحالی که بازه دمایی برای شکل‌دهی‌های متوسط و معمولی از 200 تا 315 درجه سانتی‌گراد (400 تا 600 درجه فارنهایت) است. در زمان شکل‌دهی باید نسبت به جلوگیری از تشکیل پوسته آلفا، توجه داشت. در صورت تشکیل این پوسته، بایستی حتما آن را بعد از شکل‌دهی از بین برد.
شکل‌دهی سرد تیتانیوم گرید 2
تیتانیوم گرید 2 به واسطه برخورداری از درصد اندک اکسیژن، انعطاف‌پذیری خوبی دارد و شکل‌دهی سرد آن را می‌توان با روش‌هایی همچون کشش، heading، drawing و قالب‌زنی یا مهرزنی (stamping) انجام داد.
کارسختی تیتانیوم‌های تجاری با سرعت نسبتاً زیادی افزایش می‌یابد و در برخی از فرایندها مثل کشش سرد، دارای محدودیت است. اثر باوشینگر منجر به تا 25 درصد افت در استحکام فشاری تسلیم در هنگام کشش در دمای اتاق می‌شود. این افت می‌تواند با رهاسازی تنش، جبران شود. لازم به ذکر است که منظور از اثر باوشینگر، جهت‌دار بودن کارسختی می‌باشد. به دلیل مدول کم تیتانیوم، برگشت فنری یا Springback در آن قابل توجه است. به همین دلیل فرایند سایزینگ گرم (hot sizing) غالباً به منظور اصلاح تغییرات در برگشت فنری بعد از شکل‌دهی سرد، انجام می‌شود.
ماشینکاری تیتانیوم گرید 2
مشخصات ماشینکاری تیتانیوم تجاری گرید 2، مشابه با فولادهای زنگ‌نزن آستینی است. ماشینکاری این فلز، نکات و الزامات مهمی دارد که در ادامه به بیان آن‌ها می‌پردازیم:
معمولاً توصیه می‌شود که در ماشینکاری تیتانیوم گرید 2، از سرعت برش کم، نرخ تغذیه زیاد و سیال برش فراوان استفاده گردد. همچنین ابزار تیز و صلب نیز اهمیت زیادی دارند.
با توجه به تمایل زیاد تیتانیوم 2 به گالینگ و اسمر (smear)، تغذیه گذاری نباید تا زمانی که ابزار و قطعه کار در تماس هستند، متوقف شود.
در ماشینکاری تیتانیوم از سیال‌های برش بدون کلر استفاده می‌گردد تا هرگونه احتمال ایجاد خوردگی تنشی کلریدی در حین ماشینکاری، از بین برود.
براده‌های تیتانیوم قابلیت اشتعال بالایی دارند و به همین دلیل، توجه به نکات ایمنی در ماشینکاری این فلز، بسیار مهم است.
توجه داشته باشید که به توجه به تمایل زیاد تیتانیوم تجاری گرید 2 به گالینگ و اسمر، ترجیحاً نباید از آن برای کاربردهای پوششی استفاده کرد.
در جداول 5 تا 12 ، سرعت‌ها و تغذیه‌گذاری رایج در ماشینکاری‌های مختلف تیتانیوم گرید 2 به نمایش درآمده است.

جوشکاری تیتانیوم گرید 2
تیتانیوم خالص تجاری گرید 2 را می‌توان با فیلرهای جنس تیتانیوم تجاری، جوشکاری کرد. تکنیک‌های جوشکاری گاز خنثی باید به منظور جلوگیری از رشد و پیکاپ اکسیژن و ایجاد تردی هیدوژنی ناحیه جوش، در جوشکاری تیتانیوم گرید 2 به کار روند. رایج‌ترین تکنیک برای جوشکاری Cp Ti، جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) است. البته برای مقاطع نازک، روش جوشکاری قوسی گاز فلز (GMAW) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش‌های دیگری همچون جوشکاری قوسی پلاسما، جوشکاری پرتو الکترونی، پرتو لیزر، جوشکاری مقاومتی، جوشکاری نقطه‌ای و جوشکاری ذوبی با موفقیت برای کاربردهای جوشکاری تیتانیوم‌های تجاری به کار رفته‌اند.