Kuo skiriasi titano kalimas nuo paprasto kalimo?
Aukštos klasės{0}}gamyboje titanas ir titano lydiniai, turintys didelį specifinį stiprumą, atsparumą korozijai ir biologinį suderinamumą, tapo pagrindinėmis medžiagomis tokiose pramonės šakose kaip aviacija, medicinos prietaisai ir cheminė įranga. Tačiau titano kalimo procesas yra daug sudėtingesnis nei įprastų metalų, o jo unikalios fizinės savybės reiškia, kad tradicinių kalimo metodų nepakanka, kad būtų patenkinti aukščiausios klasės įrenginių poreikiai. Esminis skirtumas tarp titano kalimo ir įprasto kalimo yra ne tik tikslus proceso parametrų valdymas, bet ir visa medžiagų eksploatacinių savybių optimizavimo, įrangos parinkimo ir gamybos efektyvumo gerinimo grandinė.
Titano kalimo sunkumai pirmiausia kyla dėl jam būdingų fizinių savybių. Titano lydinių atsparumas deformacijai kalimo temperatūroje yra daugiau nei du kartus didesnis nei įprasto legiruotojo plieno, be to, jis yra ypač jautrus temperatūros svyravimams -TC4 lydinio atsparumas deformacijai nuo 800 iki 950 laipsnių gali skirtis iki 300 MPa. Dėl šios charakteristikos įprastinė kalimo įranga yra netinkama: tradiciniam kalimui plaktuku reikia kelis kartus didesnio vieneto slėgio nei presiniam kalimui, o tai drastiškai padidina energijos sąnaudas; tuo tarpu titano šilumos laidumas yra tik 1/5 plieno, todėl kalto ruošinio paviršius išėjus iš krosnies itin greitai atšaldomas. Jei operacijos atidedamos, vidinis ir išorinis temperatūrų skirtumas gali viršyti 200 laipsnių, tiesiogiai sukeldamas įtrūkimus ar netolygią mikrostruktūrą. Pavyzdžiui, tam tikrame aero-variklio menčių kalimo projekte dėl įprasto kalimo 30 % ruošinių buvo išmetama dėl temperatūros kritimo, o izoterminis kalimas padidino išeigą iki 92 %.
Griežta proceso parametrų kontrolė yra pagrindinis titano kalimo iššūkis. Įprastas kalimas paprastai atliekamas aukštesnėje nei 800 laipsnių temperatūroje, tačiau titano lydiniams reikalingi tikslūs temperatūros intervalai, priklausomai nuo klasės: + lydiniai turi būti kalti 30-50 laipsnių žemiau fazės transformacijos temperatūros, kad būtų gauta lygiašė mikrostruktūra; nors lydiniai turi būti kalti fazės srityje, pernelyg aukšta temperatūra sukels Widmanstätten struktūrą, dėl kurios sumažės kambario temperatūros plastiškumas. Medicinos prietaisų įmonė, gamindama dirbtines jungtis, bendras medžiagų savybes pagerino 15 % ir pailgino nuovargio naudojimo laiką iki 2,3 karto, palyginti su įprastiniais procesais, naudojant beveik - kalimą (esant 10-15 laipsnių fazės transformacijos temperatūrai). Be to, deformacijos greitis reikšmingai veikia titano plastiškumą: izoterminiam kalimui reikia kontroliuoti deformacijos greitį, mažesnį nei 10–3s–¹, kad medžiaga išliktų superplastiška ir taip būtų galima tiksliai suformuoti sudėtingas struktūras – pritaikius šį procesą plonasienei erdvėlaivio kabinai, juostos storis sumažėjo nuo 40 mm iki 2 mm.
Įrangos ir liejimo formų atnaujinimas yra labai svarbus norint įveikti titano kalimo kliūtis. Įprastas kalimo formas tereikia iš anksto pašildyti iki 200{3}250 laipsnių, o titano lydinių izoterminiam kalimui reikia tuo pačiu metu kaitinti formą iki 850{4}1000 laipsnių ir naudoti specialias medžiagas, tokias kaip molibdeno{6}lydiniai aukštos temperatūros{9}atsparumui. Variklio integruoto disko su ašmenimis gamybos linijoje tradicinių nikelio{13}formų atsparumas tempimui sumažėjo 60 % esant 850 laipsnių kampui; perėjus prie formų molibdeno pagrindu, tarnavimo laikas pailgėjo 5 kartus. Tuo tarpu titano kalimui reikalinga skaitmeninė temperatūros valdymo sistema, kad temperatūros svyravimai būtų ne didesni kaip ±5 laipsniai – tam tikrame aviacijos ir erdvės konstrukcinio komponento projekte ši technologija buvo naudojama siekiant pagerinti grūdelių dydžio vienodumą 30 % ir sumažinti liekamąjį įtempį 80 %.
Žvelgiant iš taikymo perspektyvos, įprastas kalimas daugiausia atitinka paprastos formos ir mažo tikslumo dalių, pvz., cheminių vamzdynų flanšų, poreikius; o kaliant titaną daugiausia dėmesio skiriama didelės-vertės-pridėtiesiems laukams. Aviacijos ir kosmoso srityje izoterminio kalimo būdu galima pagaminti variklio mentes, kurių briaunų aukščio -ir -pločio santykis yra 23:1, o tai yra kokybinis šuolis, palyginti su 6:1 įprasto kalimo būdu; medicinos prietaisų srityje superplastinis kalimas leido dirbtinėms jungtims prasiskverbti per minimalų 1,5 mm sienelės storį, artėjant prie teorinės ribos. Branduolinės energijos įrangos gamintojas, tiksliai kaldamas titaną, sumažino vožtuvų sandarinimo paviršių šiurkštumą nuo Ra3,2μm iki Ra0,8μm, padidindamas atsparumą korozijai trimis lygiais.
Skirtumas tarp titano kalimo ir įprasto kalimo iš esmės yra gilus medžiagų mokslo ir inžinerinių technologijų integravimas. Nuo tikslaus temperatūros lauko valdymo iki dinaminio deformacijos greičio reguliavimo, nuo naujoviškų formų medžiagų iki skaitmeninių sistemų pritaikymo – kiekvienas technologinis proveržis iš naujo apibrėžia titano lydinių apdorojimo ribas. Atsiradus naujoms medžiagoms, tokioms kaip 3D -atspausdinti titano lydinio konstrukciniai komponentai ir titano -pagrindo kompozitai, kalimo procesai tobulėja siekiant didesnio tikslumo ir efektyvumo. Ateityje titano kalimo technologija ir toliau skatins aukščiausios klasės-gamybą siekiant lengvumo, ilgaamžiškumo ir didelio patikimumo, suteikdama tvirtesnę materialinę paramą žmonėms tyrinėjant giliavandenes jūrą ir giliąją erdvę.
