เกรดทางการแพทย์Gr5 ELI (Ti-6Al-4V ELI, UNS R56401)แท่งและเพลทไทเทเนียมจำเป็นต้องมีกระบวนการผลิตและการทดสอบที่เข้มงวดเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานดังกล่าวมาตรฐาน ASTM F136(สำหรับการผ่าตัดปลูกถ่าย) และ ISO 5832-3 ด้านล่างนี้คือรายละเอียดขั้นตอนการผลิต อุปกรณ์ที่จำเป็น ขั้นตอนการทดสอบ และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง
กระบวนการผลิตและอุปกรณ์ที่สอดคล้องกัน
1.1การเตรียมวัตถุดิบ (การถลุงวัตถุดิบและแท่งโลหะ)
วัตถุประสงค์ของกระบวนการ: ผลิต-ความบริสุทธิ์สูงโลหะผสม Ti-6Al-4V ELIแท่งโลหะที่มีองค์ประกอบคั่นระหว่างหน้าต่ำพิเศษ (ELI) (O น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.13%, C น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.08%, N น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05%, H น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0125%)
ขั้นตอนสำคัญ:
การผสม: ผสมฟองน้ำไทเทเนียม (มากกว่าหรือเท่ากับความบริสุทธิ์ 99.7%) แท่งอลูมิเนียม (ความบริสุทธิ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99.95%) และโลหะผสมวานาเดียม (โลหะผสมหลัก V-Ti) ต่อTi-6Al-4V อีไลอัตราส่วนองค์ประกอบ
การหลอมอาร์กรีเมลด้วยสุญญากาศ (VAR): ละลายแบทช์ 2-3 ครั้งในสุญญากาศเพื่อกำจัดสิ่งเจือปน (เช่น ก๊าซ สิ่งเจือปน) และให้แน่ใจว่ามีองค์ประกอบที่สม่ำเสมอ
อุปกรณ์ที่จำเป็น:
เตาหลอมอาร์กหลอมสุญญากาศ (เตา VAR): ด้วยระดับสุญญากาศ น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1×10⁻³ Pa ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ ±5 องศา เพื่อให้เกิดการหลอมที่มีความบริสุทธิ์สูง-
เครื่องผสมส่วนผสม: สำหรับสัดส่วนที่แม่นยำของโลหะผสมฟองน้ำ Ti, Al และ V (ข้อผิดพลาดน้อยกว่าหรือเท่ากับ ±0.1%)
แม่พิมพ์ขึ้นรูปแท่ง: กราไฟท์หรือแม่พิมพ์ทองแดงทนความร้อน- ปรับแต่งตามขนาดแท่งโลหะ (เช่น Φ300-800มม. ความยาว 1000-3000มม.)
1.2การทำงานที่ร้อน (การขึ้นรูปแท่งและแผ่น)
1.2.1การตี (โลหะจนถึงกึ่ง-ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป)
วัตถุประสงค์ของกระบวนการ: ทำลายแท่งโลหะหยาบ ปรับปรุงความหนาแน่นของวัสดุ (ความหนาแน่นสัมพัทธ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99.5%) และสร้างรูปร่างเริ่มต้น (แท่งเหล็กสำหรับแท่ง/แผ่น)
ขั้นตอนสำคัญ:
การทำความร้อนของลิ่ม: ความร้อนของแท่งโลหะถึง 950-1,050 องศา ( + ขอบเขตเฟสของTi-6Al-4V ELI) และค้างไว้ 2-4 ชั่วโมงเพื่อให้อุณหภูมิสม่ำเสมอ
การตีขึ้นรูปร้อน: ใช้การตีขึ้นรูปเพื่อขึ้นรูปแท่งโลหะเหล็กแท่งแท่ง (Φ50-200มม.)หรือเหล็กแท่งเพลท (ความหนา 20-100 มม. กว้าง 300-1,000 มม.)
อุปกรณ์ที่จำเป็น:
เตาทำความร้อนต้านทานไฟฟ้า: มีช่วงควบคุมอุณหภูมิ 800-1200 องศา เหมาะสำหรับการทำความร้อนด้วยโลหะขนาดใหญ่
เครื่องตีขึ้นรูปไฮดรอลิก: 1,000-5,000 ตัน พร้อมการควบคุมตำแหน่งที่แม่นยำ (ข้อผิดพลาดน้อยกว่าหรือเท่ากับ ± 0.5 มม.) สำหรับการปลอมแบบสม่ำเสมอ
แม่พิมพ์ตีขึ้นรูป: แม่พิมพ์เหล็กกล้า H13{0}} ที่ได้รับการบำบัดความร้อน พร้อมระบบระบายความร้อนเพื่อป้องกันการสึกหรอของแม่พิมพ์
1.2.2 การกลิ้ง (-ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปไปจนถึงแท่ง/แผ่นสุดท้าย)
วัตถุประสงค์ของกระบวนการ: ปรับแต่งเกรน ควบคุมขนาดสุดท้าย (เช่น ความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางแท่ง ±0.1มม. ความคลาดเคลื่อนของความหนาของแผ่น ±0.05มม.) และปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว
ขั้นตอนสำคัญสำหรับบาร์:
การรีดร้อน: เหล็กแท่งโรลบาร์ที่ 850-950 องศา เพื่อลดเส้นผ่านศูนย์กลางทีละขั้นตอน (เช่น Φ100มม. → Φ50มม.)
การวาดแบบเย็น (อุปกรณ์เสริม): สำหรับแท่งที่มีความแม่นยำสูง- (เช่น Φ10-30 มม.) ให้ดำเนินการวาดแบบเย็นที่อุณหภูมิห้องเพื่อเพิ่มความแม่นยำของขนาด
ขั้นตอนสำคัญสำหรับเพลต:
การรีดร้อน: เหล็กแท่งแผ่นม้วนที่ 850-950 องศา เพื่อลดความหนา (เช่น 50 มม. → 10 มม.) และขยายความกว้าง
การรีดเย็น (อุปกรณ์เสริม): สำหรับแผ่นบาง (ความหนาน้อยกว่าหรือเท่ากับ 5 มม.) ให้รีดเย็นเพื่อให้ได้ Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับความหยาบผิว0.8μm
อุปกรณ์ที่จำเป็น:
โรงงานรีดร้อน:
สำหรับแท่ง: เครื่องรีดแบบต่อเนื่องหลาย-แบบยืน (3-5 แท่น) โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางม้วน 200-500 มม.
สำหรับเพลต: โรงรีดแบบพลิกกลับได้สูงสี่- โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางม้วนงาน 150-300 มม. และความกว้าง 1,000-2000 มม.
เครื่องถอนแบบเย็น (สำหรับแท่ง): ด้วยแรงดึง 50-200kN พร้อมระบบหล่อลื่นแม่พิมพ์
เครื่องรีดเย็น (สำหรับเพลต): เครื่องรีดสูงสอง-หรือสี่- พร้อมการควบคุมช่องว่างม้วนที่แม่นยำ (±0.01 มม.)
1.3 การรักษาความร้อน (การเพิ่มประสิทธิภาพ)
วัตถุประสงค์ของกระบวนการ: ปรับคุณสมบัติเชิงกล (ความต้านทานแรงดึงมากกว่าหรือเท่ากับ 860MPa, ความแข็งแรงของผลผลิตมากกว่าหรือเท่ากับ 795MPa, การยืดตัวมากกว่าหรือเท่ากับ 10%) และกำจัดความเครียดภายใน
ขั้นตอนสำคัญ:
การหลอม: ให้ความร้อนแท่ง/แผ่นถึง 700-750 องศา ค้างไว้ 1-2 ชั่วโมง จากนั้นจึงทำให้เย็นในอากาศ (เพื่อบรรเทาความเครียด) หรือทำให้เย็นด้วยเตา (เพื่อคุณสมบัติที่นุ่มนวลกว่า)
การบำบัดด้วยสารละลาย + การเสื่อมสภาพ (ไม่จำเป็น): สำหรับการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูง- ให้ความร้อนถึง 920-950 องศา (สารละลาย) ชุบน้ำ จากนั้นจึงบ่มที่ 500-550 องศา เป็นเวลา 4-8 ชั่วโมง
อุปกรณ์ที่จำเป็น:
เตาบำบัดความร้อนสุญญากาศ: ด้วยระดับสุญญากาศน้อยกว่าหรือเท่ากับ 5×10⁻³ Pa เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชัน (Ti ทางการแพทย์ไม่จำเป็นต้องมีระดับออกไซด์ของพื้นผิว)
ตัวควบคุมอุณหภูมิ: ด้วยการควบคุม PID ความแม่นยำ ± 2 องศา เพื่อให้แน่ใจว่าการรักษาความร้อนสม่ำเสมอ
ถังชุบ: สำหรับการชุบน้ำ (การบำบัดด้วยสารละลาย) พร้อมการควบคุมอุณหภูมิ (20-30 องศา) เพื่อป้องกันการเปลี่ยนรูปของวัสดุ
1.4การรักษาพื้นผิว (สุขอนามัยและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ)
วัตถุประสงค์ของกระบวนการ: ขจัดข้อบกพร่องที่พื้นผิว (เช่น ตะกรัน รอยขีดข่วน) ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน และเป็นไปตามมาตรฐานสุขอนามัยทางการแพทย์
ขั้นตอนสำคัญ:
การดอง: แช่ในกรดผสม (HNO₃ + HF) เพื่อขจัดตะกรันออกไซด์และสิ่งสกปรกบนพื้นผิว (เวลาในการดอง 5-15 นาที)
การสร้างฟิล์ม: รักษาด้วยกรดไนตริก (ความเข้มข้น 20-30%) เพื่อสร้างฟิล์ม TiO₂ ที่มีความหนาแน่น (ความหนา 5-10 นาโนเมตร) เพื่อต้านทานการกัดกร่อน
การขัด (อุปกรณ์เสริม): สำหรับผลิตภัณฑ์เกรดรากฟันเทียม- ให้ทำการขัดเงาด้วยกลไก (Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.2μm) หรือการขัดด้วยไฟฟ้าเคมี
อุปกรณ์ที่จำเป็น:
ถังดอง: ถัง PP หรือไทเทเนียมที่ทนกรด- พร้อมระบบระบายอากาศเพื่อกำจัดควันของกรด
ถังทู่: วัสดุเดียวกับถังดองพร้อมระบบควบคุมอุณหภูมิ (25-40 องศา)
เครื่องขัด:
กลไก: เครื่องเจียรสายพาน (สำหรับแท่ง) หรือเครื่องขัดเพลท พร้อมสายพานขัด (800-1200 กรวด)
เคมีไฟฟ้า: อุปกรณ์ขัดเงาอิเล็กโทรดไททาเนียม พร้อมระบบควบคุมแรงดันไฟฟ้า (10-30V)
คำอธิบายผลิตภัณฑ์
2. กระบวนการทดสอบและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง
2.1การทดสอบองค์ประกอบทางเคมี
วัตถุประสงค์ในการทดสอบ: ตรวจสอบการปฏิบัติตามองค์ประกอบ Gr5 ELI (Al:5.5-6.75%, V:3.5-4.5%, องค์ประกอบคั่นระหว่างหน้าน้อยกว่าหรือเท่ากับขีดจำกัด) และตรวจจับสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย (เช่น Fe น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.25%)
วิธีทดสอบและอุปกรณ์:
สเปกโตรมิเตอร์การปล่อยแสง (OES):
อุปกรณ์: สเปกโตรมิเตอร์ OES (เช่น Bruker Q4 TASMAN) ทดสอบองค์ประกอบ 20+ ใน 1-2 นาที ความแม่นยำ ±0.01%
ก๊าซเฉื่อยฟิวชั่น (IGF):
อุปกรณ์: เครื่องวิเคราะห์ IGF (เช่น LECO TC600) วัดปริมาณ O, N, H (ขีดจำกัดการตรวจจับ 0.1ppm)
เครื่องวิเคราะห์คาร์บอน/ซัลเฟอร์:
อุปกรณ์: เครื่องวิเคราะห์ CS (เช่น LECO CS844) ทดสอบเนื้อหา C (ขีดจำกัดการตรวจจับ 0.001%)
2.2 การทดสอบคุณสมบัติทางกล
วัตถุประสงค์ในการทดสอบ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความต้านทานแรงดึง ความต้านทางคราก การยืดตัว และความแข็งเป็นไปตามข้อกำหนด ASTM F136
วิธีทดสอบและอุปกรณ์:
การทดสอบแรงดึง:
อุปกรณ์: เครื่องทดสอบอเนกประสงค์ (เช่น Instron 5982) ที่มีความสามารถในการรับน้ำหนัก 100-500kN วัดเส้นโค้งความเค้น-ความเครียด และคำนวณแรงดึง/ความต้านแรงดึง การยืดตัว
ตัวอย่าง: ชิ้นงานที่มีรูปทรงดัมเบล- (มาตรฐาน ASTM E8)
การทดสอบความแข็ง:
อุปกรณ์: เครื่องทดสอบความแข็งของ Vickers (เช่น Wilson VH1102) ทดสอบความแข็งของ HV (โหลด 10kgf เวลาคงตัว 10 วินาที) ข้อกำหนด HV 280-340
การทดสอบแรงกระแทก (ไม่จำเป็น):
อุปกรณ์: เครื่องทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี (เช่น Instron CEAST 9050) วัดความทนทานต่อแรงกระแทก ( มากกว่าหรือเท่ากับ 10J/ซม.² ที่อุณหภูมิห้อง)
2.3 การทดสอบโครงสร้างจุลภาค
วัตถุประสงค์ในการทดสอบ: ตรวจสอบขนาดเกรน (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 50μm) การกระจายเฟส (เฟส + สม่ำเสมอ) และไม่มีข้อบกพร่อง (เช่น มีตำหนิ รอยแตก)
วิธีทดสอบและอุปกรณ์:
การเตรียมโลหะวิทยา:
อุปกรณ์: เครื่องเจียร (สำหรับการบดตัวอย่าง), เครื่องขัด (พร้อมเพสต์เพชร, 1-0.25μm), ถังแกะสลัก (สารกัดกร่อน: รีเอเจนต์ของ Kroll - 1-3% HF + 2-6% HNO₃+ H₂O)
การสังเกตโครงสร้างจุลภาค:
อุปกรณ์: กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (เช่น Olympus BX53M) กำลังขยาย 100-1000×; กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM เช่น Zeiss Sigma 300) เพื่อการสังเกตที่มีความละเอียดสูง (อุปกรณ์เสริม)
2.4การทดสอบคุณภาพมิติและพื้นผิว
วัตถุประสงค์ในการทดสอบ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าขนาดเป็นไปตามข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ และพื้นผิวไม่มีข้อบกพร่อง (เช่น รอยขีดข่วน หลุม)
วิธีทดสอบและอุปกรณ์:
การวัดขนาด:
สำหรับแท่ง: คาลิปเปอร์แบบดิจิตอล (ความแม่นยำ ±0.01 มม.) สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลาง; เกจวัดเส้นผ่านศูนย์กลางเลเซอร์ (เช่น Keyence LS-9000) สำหรับการวัดต่อเนื่อง (ความเร็ว 1,000 ครั้ง/วินาที)
สำหรับเพลต: เกจวัดความหนา (เช่น Mitutoyo ID-C112) สำหรับความหนา เครื่องวัดพิกัด (CMM เช่น Hexagon Global S) เพื่อความแม่นยำของมิติ 3 มิติ (ข้อผิดพลาดน้อยกว่าหรือเท่ากับ ±0.005 มม.)
การทดสอบความหยาบผิว:
อุปกรณ์: เครื่องทดสอบความหยาบผิว (เช่น Mitutoyo SJ-210) วัดค่า Ra, Rz (ช่วงการตรวจจับ 0.001-20μm)
การตรวจสอบด้วยสายตา:
อุปกรณ์: กล้องหรือกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง- ตรวจสอบข้อบกพร่องที่พื้นผิว (ขนาดข้อบกพร่องที่น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.1 มม. เป็นที่ยอมรับได้)
2.5 การทดสอบความต้านทานการกัดกร่อน (สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้ทางการแพทย์)
วัตถุประสงค์ในการทดสอบ: ตรวจสอบความต้านทานต่อการกัดกร่อนของของเหลวในร่างกาย (จำลองใน-สภาพแวดล้อมในร่างกาย)
วิธีทดสอบและอุปกรณ์:
การทดสอบโพลาไรเซชันแบบโพเทนชิโอไดนามิก:
อุปกรณ์: สถานีงานเคมีไฟฟ้า (เช่น Gamry Reference 600) การทดสอบของเหลวในร่างกายจำลอง (สารละลาย SBF 37 องศา ) วัดความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อน ( น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1×10⁻⁶ A/cm²)
การทดสอบสเปรย์เกลือเป็นกลาง (NSS):
อุปกรณ์: ห้องสเปรย์เกลือ (เช่น Q-FOG CRH) สเปรย์สารละลาย NaCl 5% (35 องศา ) ไม่ต้องการการกัดกร่อนนานกว่าหรือเท่ากับ 200 ชั่วโมง
2.6การทดสอบแบบไม่ทำลาย- (NDT สำหรับข้อบกพร่องภายใน)
วัตถุประสงค์ในการทดสอบ: ตรวจจับรอยแตกภายใน รอยตำหนิ หรือรูพรุน (ไม่อนุญาตให้มีข้อบกพร่องที่มากกว่าหรือเท่ากับ 0.5 มม.)
วิธีทดสอบและอุปกรณ์:
การทดสอบอัลตราโซนิก (UT):
อุปกรณ์: เครื่องตรวจจับข้อบกพร่องแบบอัลตราโซนิก (เช่น Olympus EPOCH 650) ที่มีความถี่โพรบ 2-5MHz ทดสอบข้อบกพร่องภายใน (ขีดจำกัดการตรวจจับ 0.1 มม.)
การทดสอบด้วยรังสี (RT, ตัวเลือกเสริมสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนา):
อุปกรณ์: เครื่องถ่ายภาพรังสีเอกซ์- (เช่น YXLON Cheetah EVO) ตรวจจับสิ่งเจือปนภายใน (ความไวมากกว่าหรือเท่ากับ 2% ของความหนา)
การทดสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MPT สำหรับรอยแตกที่พื้นผิว):
อุปกรณ์: เครื่องทดสอบอนุภาคแม่เหล็ก (เช่น Eriez 6200) ตรวจจับรอยแตกบนพื้นผิว (ความยาวมากกว่าหรือเท่ากับ 0.2 มม.) บนชิ้นส่วนที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า (หายากสำหรับ Ti แต่ใช้หากสงสัยว่ามีการปนเปื้อนของเหล็ก)
โมนิก้า
ตำแหน่ง:ผู้จัดการ
วอทส์แอพพ์:+86 182 9270 2722
อีเมล:Cr-Re@titanmsgp.com
