П'ять поширених методів плавлення титанових сплавів

Титанові сплави широко використовуються в різних галузях промисловості завдяки своїм чудовим властивостям, таким як високе співвідношення міцності до ваги, стійкість до корозії та біосумісність. Однак висока температура плавлення титанових сплавів створює проблеми з обробкою. Методи плавлення титанового сплаву загалом поділяються на: 1. Метод плавлення у вакуумній електродуговій печі; 2. Невитратний вакуумний електродуговий спосіб плавки; 3. Холодноподовий спосіб плавки; 4. Метод холодної плавки; 5. Електрошлаковий спосіб плавки. П'ять методів.

1. Метод плавлення вакуумного витратного матеріалу в електродуговій печі (називається методом VAR)
Це прогресивний металургійний процес, який використовується для виробництва металів і сплавів високої чистоти. Цей метод в основному використовується для підвищення чистоти та однорідності матеріалів і зазвичай використовується для виробництва високоякісних спеціальних сплавів, алюмінієвих сплавів та інших металевих матеріалів з високим попитом. З розвитком вакуумної технології та застосуванням комп’ютерів метод VAR швидко став зрілою технологією промислового виробництва титану. Більшість сучасних зливків титану та його сплавів виготовляються за допомогою цього методу. Основними особливостями методу VAR є низьке енергоспоживання, висока швидкість плавлення та хороша якість відтворюваності. Злиток, виплавлений методом ВАР, має гарну кристалічну структуру і однорідний хімічний склад. Зазвичай готовий злиток повинен бути виплавлений методом VAR. Потрібно як мінімум дві переплавки. Метод VAR використовується для виробництва титанових злитків. Процеси, які використовують виробники в усьому світі, в основному схожі. Відмінність полягає у використанні різних методів підготовки електродів і обладнання. Підготовку електродів можна розділити на три основні категорії. Один — інтегральний електрод, який безперервно пресується шляхом додавання матеріалів порціями, усуваючи процес зварювання електродом; інший - це цільний електрод, який пресується та зварюється в витратні електроди. І зварені разом за допомогою плазмового аргонодугового зварювання або вакуумного зварювання; по-третє, використовувати інші методи плавлення для приготування литих електродів.
На додаток до двох вищевказаних характеристик, сучасні печі VAR для виплавки титану також реалізували великомасштабну піч VAR. Сучасні печі ВАР можуть виплавляти великі злитки діаметром 1,5 м і вагою 32 т.
Метод vAR є стандартним промисловим методом плавлення сучасного титану та титанових сплавів.

2. Спосіб плавлення у вакуумній електродуговій печі без витратних матеріалів (метод Jianni NC)
Вакуумне середовище Подібно до електродугової печі з витратними матеріалами, метод ЧПК також виконується у вакуумному середовищі. Завдяки всмоктуванню повітря та газу в печі створюються умови високого вакууму для поступового зменшення забруднення повітря та кисню та забезпечення виробництва високоякісних сплавів.
Електроди У обробці з ЧПК електроди, як правило, не є витратними і зазвичай виготовляються з вольфраму або інших матеріалів з високою температурою плавлення. Ці електроди стабільні та здатні витримувати високу температуру та дуговий розряд із високою енергією без споживання.
Виникнення дуги виникає шляхом введення електричного струму, зазвичай за допомогою двох електродів, утворюючи дуговий розряд. Ця дуга дуже гаряча і може нагрівати матеріали до температур, вищих за їх точку плавлення.
Розплавлення матеріалу Під дією дуги матеріал нагрівається до достатньо високої температури, щоб спалахнути та розплавитися. Оскільки використовуються невитратні електроди, самі електроди не споживаються і тому можуть використовуватися постійно.
Підготовка сплаву: після того, як матеріал розплавлений, можна приготувати необхідний сплав, регулюючи інтенсивність дуги, температуру в печі та склад сплаву. Це робить метод NC дуже придатним для приготування сплавів з високою точністю та точним контролем складу.
Як одноразова плавка, метод NC є досить вигідним з точки зору підвищення швидкості відновлення залишкових матеріалів і зниження витрат. Зазвичай NC-печі та VAR-печі використовуються разом, щоб повною мірою використовувати їхні відповідні переваги. Метод NC зазвичай використовується в дослідницьких лабораторіях і для підготовки спеціальних матеріалів, оскільки він забезпечує високий ступінь контролю матеріалу та гнучкості підготовки. Однак у порівнянні з електродуговими печами, що витрачаються, витрати на обладнання та експлуатацію методу NC вищі, тому він в основному використовується в програмах, які вимагають високої точності та точного контролю компонентів, таких як аерокосмічна промисловість, енергетика, електроніка тощо.

3. Спосіб холодної подової плавки (скорочено метод CHM)
Дефекти металургійних включень у злитках титану та титанових сплавів, спричинені забрудненням сировини та ненормальними процесами плавлення, завжди впливали на застосування титану та титанових сплавів в аерокосмічній галузі. Щоб усунути металургійні вкраплення в обертових частинах авіадвигунів з титанового сплаву, виникла технологія плавки з холодним подом.
Найбільшою особливістю методу CHM є розділення процесів плавлення, рафінування та затвердіння, тобто розплавлена ​​шихта надходить у холодний под і спочатку розплавляється, потім потрапляє в зону рафінування холодного поду для рафінування і, нарешті, твердне в злитки в зоні кристалізації. Суттєвою перевагою CHM-технології є можливість утворення конденсаційної оболонки на стінці холодної топки. Його «в’язка зона» може захоплювати включення високої щільності (HDI), такі як WC, Mo, Ta тощо. У той же час у зоні рафінування включення низької щільності Розширений час перебування (LDI) частинок у високо- температурних рідин може забезпечити повне розчинення LDI, тим самим ефективно видаляючи дефекти включення. Інакше кажучи. Механізм очищення плавки з холодним подом можна розділити на два типи: гравітаційне розділення та відділення плавлення.

4. Метод плавлення в холодному тиглі (називається методом CCM)
У 1980-х роках American Ferrosilicon Company розробила безшлаковий процес індукційної плавки та просувала метод CCM для промислового виробництва для виробництва титанових зливків і титанових точних відливок. Останніми роками в деяких економічно розвинутих країнах метод ККМ почав входити в масштаби промислового виробництва. Максимальний діаметр злитка 1 м, довжина 2 м. Перспективи його розвитку вражають. Процес плавлення CCM здійснюється в металевому тиглі, що складається з охолоджуваних водою дугоподібних блоків або мідних трубок, які не проводять одна одну. Найбільша перевага цієї комбінації полягає в тому, що проміжок між кожними двома блоками є посиленим магнітним полем, а сильне магнітне поле, створене перемішуванням, приводить хімічний склад і температуру в консистенцію, тим самим покращуючи якість продукту. Метод CCM поєднує в собі характеристики методу VAR і тигельної індукційної плавки вогнетривких матеріалів. Він не потребує вогнетривких матеріалів і електродів і дозволяє отримувати високоякісні злитки з однорідним складом і без забруднення тигля за одну плавку. У порівнянні з методом VAR, метод CCM має переваги низької вартості обладнання та простоти експлуатації, але на даний момент ця технологія все ще знаходиться на стадії розробки.
5. Метод електрошлакової плавки (скорочено метод ЕШВ)
Метод ESR використовує зіткнення заряджених частинок, коли електричний струм проходить через електропровідний електрошлак для перетворення електричної енергії в теплову. Це процес плавлення та рафінування металу, який часто використовується для високотемпературного плавлення та рафінування металів і сплавів з високою температурою плавлення, таких як сталь, нікель, молібден, ніобій тощо. Він використовує теплову енергію, що виробляється стійкістю шлаку до розплавляти і очищати шихту. Метод ESR використовує витратні електроди для електрошлакової плавки в неактивному шлаку (CaF2). Він може бути безпосередньо відлитий у злитки однакової форми та має гарну якість поверхні, що робить його придатним для прямої обробки в наступному процесі. Загальні етапи електрошлакового способу плавки:
Завантаження: Завантаження металу або сплаву для плавлення та очищення в піч. Ці матеріали зазвичай подаються в піч грудками або шматками.

Запалювання дуги: електрична дуга створюється у верхній частині печі двома електродами (зазвичай вугільними). Висока температура, створювана дугою, нагріває метал до температури плавлення.

Електроформувальний шлак: металевий шлак, який утворює кілька діелектричних шарів на металевій поверхні. Цей шлак складається з оксидів металів та інших металевих шлаків, які плавають на поверхні металу та перешкоджають подальшій дифузії.

Проходження струму: пропускання струму високої інтенсивності через опір між металом і дугою. Це продовжить нагрівати метал, спричиняючи його плавлення.

Окислення та рафінування: в електрошлаку, який утворюється на поверхні металу, оксиди та інші домішки реагують з металом і видаляються або зменшуються до потрібного рівня. Це допомагає очистити метал до потрібного рівня