Cinci metode comune de topire pentru aliajele de titan

Aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii datorită proprietăților lor excelente, cum ar fi raportul mare rezistență-greutate, rezistența la coroziune și biocompatibilitatea. Cu toate acestea, punctul de topire ridicat al aliajelor de titan prezintă provocări de prelucrare. Metodele de topire a aliajelor de titan sunt în general împărțite în: 1. Metoda de topire a cuptorului cu arc electric consumabil în vid; 2. Metoda de topire a cuptorului cu arc electric neconsumabil în vid; 3. Metoda de topire la vatra la rece; 4. Metoda de topire la rece; 5. Metoda de topire cu zgură electrică. Cinci metode.

1. Metoda de topire a cuptorului cu arc electric consumabil în vid (numită metoda VAR)
Este un proces metalurgic avansat utilizat pentru producerea de metale și aliaje de înaltă puritate. Această metodă este utilizată în principal pentru a îmbunătăți puritatea și uniformitatea materialelor și este de obicei folosită pentru a produce aliaje speciale de înaltă calitate, aliaje de aluminiu și alte materiale metalice la cerere. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de vid și aplicarea computerelor, metoda VAR a devenit rapid o tehnologie de producție industrială matură pentru titan. Majoritatea lingourilor de titan și aliaj de astăzi sunt produse prin această metodă. Caracteristicile principale ale metodei VAR sunt consumul redus de energie, viteza mare de topire și reproductibilitatea de bună calitate. Lingoul topit prin metoda VAR are o structură cristalină bună și o compoziție chimică uniformă. De obicei, lingoul finit trebuie topit prin metoda VAR. Sunt necesare cel puțin două retopiri. Metoda VAR este utilizată pentru a produce lingouri de titan. Procesele utilizate de producătorii din întreaga lume sunt practic similare. Diferența constă în utilizarea diferitelor metode și echipamente de preparare a electrozilor. Pregătirea electrozilor poate fi împărțită în trei mari categorii. Unul este electrodul integral care este presat continuu prin adaugarea de materiale in portiuni, eliminand procesul de sudare a electrodului; celălalt este electrodul dintr-o singură bucată care este presat și sudat în electrozi consumabili. Și sudate împreună prin sudare cu arc cu plasmă cu argon sau sudare în vid; în al treilea rând, utilizați alte metode de topire pentru a pregăti electrozii turnați.
Pe lângă cele două caracteristici de mai sus, cuptoarele VAR moderne pentru topirea titanului au realizat și cuptorul VAR la scară largă. Cuptoarele VAR moderne pot topi lingouri mari cu un diametru de 1,5 m și o greutate de 32 t.
Metoda vAR este metoda standard de topire industrială pentru titan și aliaje moderne de titan.

2. Metoda de topire a cuptorului cu arc electric neconsumabil (metoda Jianni NC)
Mediu cu vid La fel ca cuptorul cu arc electric consumabil, metoda CNC se realizează și într-un mediu cu vid. Prin aspirarea aerului și a gazului din cuptor, sunt create condiții de vid ridicat pentru a reduce treptat contaminarea cu aer și oxigen și pentru a asigura producția de materiale aliaje de înaltă calitate.
Electrozi În prelucrarea CNC, electrozii utilizați sunt de obicei neconsumabile și sunt de obicei fabricați din wolfram sau din alte materiale cu punct de topire ridicat. Acești electrozi sunt stabili și capabili să reziste la temperaturi ridicate și la descărcări cu arc de energie mare, fără a fi consumați.
Arcul are loc prin introducerea unui curent electric, de obicei folosind doi electrozi, producând o descărcare de arc. Acest arc este foarte fierbinte și poate încălzi materialele la temperaturi peste punctul lor de topire.
Topirea materialului Sub acțiunea arcului, materialul este încălzit la o temperatură suficient de ridicată pentru a se aprinde și a se topi. Deoarece sunt utilizați electrozi neconsumabile, electrozii înșiși nu sunt consumați și, prin urmare, pot fi utilizați continuu.
Pregătirea aliajului: După ce materialul este topit, aliajul necesar poate fi pregătit prin ajustarea intensității arcului, a temperaturii în cuptor și a compoziției aliajului. Acest lucru face ca metoda NC să fie foarte potrivită pentru prepararea aliajelor cu mare precizie și control precis al compoziției.
Ca o topire unică, metoda NC este destul de avantajoasă din perspectiva îmbunătățirii ratei de recuperare a materialelor reziduale și a reducerii costurilor. De obicei, cuptoarele NC și cuptoarele VAR sunt utilizate împreună pentru a oferi un joc deplin avantajelor respective. Metoda NC este utilizată în mod obișnuit în laboratoarele de cercetare și pentru pregătirea materialelor de specialitate deoarece oferă un grad ridicat de control al materialelor și flexibilitate de pregătire. Cu toate acestea, în comparație cu cuptoarele cu arc electric consumabile, costurile de echipamente și operare ale metodei NC sunt mai mari, așa că este utilizată în principal în aplicații care necesită o precizie ridicată și un control precis al componentelor, cum ar fi aerospațiale, energia, electronica etc.

3. Metoda de topire la focar rece (metoda CHM pe scurt)
Defectele de includere metalurgică în lingourile de titan și aliaje de titan cauzate de contaminarea materiilor prime și procesele anormale de topire au afectat întotdeauna aplicarea titanului și aliajelor de titan în domeniul aerospațial. Pentru a elimina incluziunile metalurgice din piesele rotative ale motoarelor de aeronave din aliaj de titan, a luat ființă tehnologia de topire cu vatră la rece.
Cea mai mare caracteristică a metodei CHM este separarea proceselor de topire, rafinare și solidificare, adică sarcina topită intră în focarul rece și este mai întâi topită, apoi intră în zona de rafinare a focarului rece pentru rafinare și în cele din urmă se solidifică în lingouri în zona de cristalizare. Avantajul semnificativ al tehnologiei CHM este că poate forma un înveliș de condens pe peretele focarului rece. „Zona vâscoasă” sa poate capta incluziuni de înaltă densitate (HDI) precum WC, Mo, Ta etc. În același timp, în zona de rafinare, incluziuni de joasă densitate Timpul de rezidență prelungit al particulelor (LDI) în lichidele de temperatură pot asigura dizolvarea completă a LDI, eliminând astfel eficient defectele de incluziune. Adică. Mecanismul de purificare al topirii la vatră la rece poate fi împărțit în două tipuri: separare gravitațională și separare prin topire.

4. Metoda de topire a creuzetului la rece (denumită metoda CCM)
În anii 1980, American Ferrosilicon Company a dezvoltat un proces de topire prin inducție fără zgură și a promovat metoda CCM în aplicațiile de producție industrială pentru producția de lingouri de titan și piese turnate de precizie de titan. În ultimii ani, în unele țări dezvoltate economic, metoda CCM a început să intre pe scara producției industriale. Diametrul maxim al lingoului este de 1 m, iar lungimea este de 2 m. Perspectivele sale de dezvoltare sunt atrăgătoare. Procesul de topire CCM se desfășoară într-un creuzet metalic compus din blocuri în formă de arc răcite cu apă sau tuburi de cupru care nu sunt conductoare între ele. Cel mai mare avantaj al acestei combinații este că decalajul dintre fiecare două blocuri este un câmp magnetic îmbunătățit, iar câmpul magnetic puternic generat Agitarea aduce compoziția chimică și temperatura în consistență, îmbunătățind astfel calitatea produsului. Metoda CCM combină caracteristicile metodei VAR și topirea prin inducție în creuzet a materialelor refractare. Nu necesită materiale refractare și electrozi și poate obține lingouri de înaltă calitate cu compoziție uniformă și fără contaminare a creuzetului într-un singur proces de topire. În comparație cu metoda VAR, metoda CCM are avantajele costului redus al echipamentului și exploatării ușoare, dar în prezent, această tehnologie este încă în stadiu de dezvoltare.
5. Metoda de topire cu zgură electrică (metoda ESR pe scurt)
Metoda ESR utilizează ciocnirea particulelor încărcate atunci când curentul electric trece prin electrozgura conductivă pentru a converti energia electrică în energie termică. Este un proces de topire și rafinare a metalelor, folosit adesea pentru topirea și rafinarea la temperatură înaltă a metalelor și aliajelor cu punct de topire ridicat, cum ar fi oțel, nichel, molibden, niobiu etc. Utilizează energia termică generată de rezistența la zgură la topiți și rafinați încărcătura. Metoda ESR utilizează electrozi consumabili pentru topirea electrozgurii în zgură inactivă (CaF2). Poate fi turnat direct în lingouri de aceeași formă și are o calitate bună a suprafeței, făcându-l potrivit pentru prelucrarea directă în procesul următor. Etape generale ale metodei de topire a zgurii electrice:
Încărcare: Încărcarea metalului sau aliajului pentru a fi topit și rafinat în cuptor. Aceste materiale sunt de obicei introduse în cuptor în bucăți sau bucăți.

Aprindere cu arc: un arc electric este creat în partea de sus a cuptorului de doi electrozi (de obicei electrozi de carbon). Temperatura ridicată generată de arc încălzește metalul la temperatura de topire.

Zgură de electroformare: Zgură metalică care formează mai multe straturi dielectrice pe o suprafață metalică. Această zgură este compusă din oxizi metalici și alte zguri metalice, care plutesc pe suprafața metalului și împiedică difuzia ulterioară.

Trecerea curentului: trecerea curentului de mare intensitate prin rezistența dintre metal și arc. Acest lucru va continua să încălzească metalul, făcându-l să se topească.

Oxidare și rafinare: În electrozgura care se formează pe suprafața metalului, oxizii și alte impurități reacționează cu metalul și sunt îndepărtați sau reduse la nivelul dorit. Acest lucru ajută la rafinarea metalului la nivelul dorit