Technologia i perspektywy techniczne wytapiania materiałów ze stopów tytanu, takich jak pręt tytanowy i pręt ze stopu tytanu -2
1.3 Metoda topienia w zimnym palenisku (w skrócie metoda CHM)
Defekty wtrąceń metalurgicznych we wlewkach tytanu i stopów tytanu spowodowane zanieczyszczeniem surowców i nieprawidłowym procesem wytapiania zawsze wpływały na zastosowaniePręt tytanowy klasy 5i stop tytanu w przemyśle lotniczym. Aby wyeliminować wirujące części silników lotniczych ze stopu tytanu, wtrącenia metalurgiczne, opracowano technologię wytapiania na zimno. Największą cechą metody CHM jest oddzielenie procesów topienia, rafinacji i krzepnięcia, to znaczy stopiony ładunek najpierw wchodzi do trzonu w celu stopienia, następnie wchodzi do obszaru rafinacji zimnego trzonu w celu rafinacji, a na koniec zestala się we wlewki we wlewkach. obszar krystalizacji.
Istotną zaletą technologii CHM jest to, że może ona tworzyć powłokę kondensatu na ścianie zimnego paleniska, a jej „lepka strefa” może wychwytywać wtrącenia o dużej gęstości (HDI), takie jak WC, Mo, Ta itp. Jednocześnie czas przebywania w strefie rafinacji wtrąceń o małej gęstości (HDI) Wydłużony czas przebywania cząstek wtrąceń (LDI) w cieczy o wysokiej temperaturze może zapewnić całkowite rozpuszczenie LDI, skutecznie usuwając w ten sposób defekty wtrąceń. To znaczy. Mechanizm oczyszczania wytapiania na zimno można podzielić na separację grawitacyjną i separację topiącą.
1.3.1 Metoda topienia w zimnym trzonie wiązką elektronów (w skrócie metoda EBCHM) Topienie wiązką elektronów (w skrócie EB) to proces technologiczny, w którym energia szybkich elektronów wykorzystywana jest do tego, aby sam materiał wygenerował ciepło do wytapiania i rafinacji. Piec EB z zimnym paleniskiem nosi nazwę EBCHM. Metoda EBCHM posiada doskonałe funkcje, których nie ma tradycyjna metoda wytapiania:
(1) Skutecznie usuwają wtrącenia o dużej gęstości (HDI) i azotek tytanu, taki jak tantal, molibden, wolfram i węglik wolframu. Tlenek tytanu i inne wtrącenia o małej gęstości (LDI);
(2) Można zaakceptować różne metody zasilania, a odzysk pozostałości tytanu jest stosunkowo łatwy, to znaczy można wykorzystać materiały odpadowe, których nie można wykorzystać innymi metodami wytapiania, a nadal można wytwarzać wlewki czystego tytanu, co znacznie obniża koszty produktów;
(3) Można go bezpośrednio pobierać i analizować ze stopionego metalu;
(4) Może wytwarzać wlewki o specjalnym kształcie, ograniczać procesy produkcyjne, zmniejszać zużycie surowców i zwiększać wydajność; metoda EBCHM ma również następujące wady:
(1) Topienie należy przeprowadzać w warunkach wysokiej próżni, dlatego gąbki tytanowej o dużej zawartości chlorków nie można bezpośrednio przetapiać;
(2) Pierwiastki stopowe są lotne i trudne do kontrolowania składu chemicznego.
1.3.2 Metoda topienia w zimnym złożu plazmowym (zwana metodą PCHM)
Metoda PCHM wykorzystuje łuk plazmowy generowany przez jonizację gazu obojętnego jako źródło ciepła i może zakończyć topienie w szerokim zakresie ciśnień, od niskiej próżni do ciśnienia bliskiego atmosferycznemu. Istotną cechą tej metody jest to, że pozwala ona zagwarantować składniki stopowe o różnych prężnościach pary i nie powoduje widocznych strat podczas spalania podczas procesu wytapiania, a także może wyeliminować wady metalurgiczne HDI i LDI.
Metoda ta umożliwia poprawę właściwości tradycyjnych tajwańskich metali i pozwala na topienie różnorodnych stopów. Jest to ekonomiczna metoda topienia w porównaniu z tradycyjnymi metodami topienia.
Dzięki tej metodzie wytapiania tytanu i stopów tytanu idealny wlewek można otrzymać w jednym wytopie.
Zaletami nowoczesnej metody PCHM są:
①Niskie inwestycje w sprzęt, łatwe w obsłudze, bezpieczne i niezawodne;
② Można stosować surowce różnych typów i postaci, a stopień odzysku materiałów resztkowych jest wysoki;
③Zapewnij skład chemiczny zróżnicowanych stopów;
④ Zrealizowano odzysk i ponowne wykorzystanie drogiego gazu obojętnego, zmniejszając koszty produkcji. Wadą metody PCHM jest niska sprawność elektryczna.
EBCHM i PCHM są podobne pod tym względem, że oba mogą eliminować HDI i LDI. Ogólnie rzecz biorąc, ten pierwszy jest bardziej odpowiedni do wytapiania czystego tytanu; podczas gdy w przypadku stopów bardziej odpowiedni jest ten drugi.
Podobnie jak metoda VAR, powyższe dwie metody realizują szeroki zakres kontroli automatyzacji procesu, w tym parametrów procesu (szybkość wytapiania, rozkład temperatur podczas wytapiania i krzepnięcia, zmiany składu podczas wytapiania, usuwanie nierozpuszczalnych wtrąceń itp.) oraz jakość.
1.4 Metoda topienia w zimnym tyglu (określana jako metoda CCM)
W latach 80-tych firma American Ferrosilicon Company opracowała bezżużlowy proces wytapiania indukcyjnego i wprowadziła metodę CCM do produkcji przemysłowej w celu produkcji wlewków tytanowych i precyzyjnych odlewów tytanowych. W ostatnich latach w niektórych krajach rozwiniętych gospodarczo metoda CCM zaczęła wkraczać w industrializację. Skala produkcji, maksymalna średnica wlewka wynosi 1 m, długość 2 m, a perspektywy jej rozwoju są imponujące.
Proces topienia metodą CCM prowadzony jest w tyglu metalowym złożonym z wzajemnie nieprzewodzących bloków łukowych chłodzonych wodą lub rur miedzianych. Największą zaletą tej kombinacji jest to, że szczelina pomiędzy dwoma blokami stanowi wzmocnione pole magnetyczne, a generowane silne pole magnetyczne. Mieszanie zapewnia spójność składu chemicznego i temperatury, co poprawia jakość produktu.
Metoda CCM łączy w sobie cechy metody VAR i indukcyjnego topienia materiałów ogniotrwałych w tyglu. Nie wymaga materiałów ogniotrwałych i nie wymaga wykonywania elektrod, aby uzyskać wysokiej jakości wlewki o jednolitym składzie i pozbawione zanieczyszczeń tygla.
W porównaniu z metodą VAR, metoda CCM ma zalety w postaci niskiego kosztu sprzętu i łatwej obsługi, ale technologia ta jest nadal w fazie rozwoju.
1.5 Metoda wytapiania elektrożużla (zwana metodą ESR)
Metoda ESR przekształca energię elektryczną w energię cieplną, wykorzystując zderzenie naładowanych cząstek, gdy prąd przepływa przez przewodzący elektrożużel. Oznacza to, że wsad jest topiony i rafinowany pod wpływem energii cieplnej wytwarzanej przez opór żużla. Metoda ESR wykorzystuje elektrody zużywalne do wytapiania elektrożużla w nieaktywnym żużlu (CaF2), który można bezpośrednio przetopić i odlać w postaci wlewków o tym samym kształcie, a także charakteryzuje się dobrą jakością powierzchni, która nadaje się do bezpośredniej obróbki w kolejnym procesie. Zalety tej metody to:
(1) Całkowita współosiowość pieca ESR zapewnia powtarzalność wlewka najwyższej jakości;
(2) Osiowa krystalizacja wlewka, zwarta i jednolita struktura;
(3) Niezwykle precyzyjny system ważenia elektrod i system kontroli szybkości topnienia;
(4) Sprzęt jest prosty i łatwy w obsłudze. Wadą jest to, że nie można usunąć zanieczyszczenia wlewka żużlem.
2. Analiza różnych metod wytapiania
Jakość odlewanych wlewków tytanowych ma decydujący wpływ na mikrostrukturę i właściwości kolejnych materiałów przetwarzanych na zimno i na gorąco. Jakość wlewków tytanu i stopów tytanu mierzy się głównie na podstawie następujących aspektów:
① Czy skład chemiczny różnych części wlewka jest jednolity;
②Czy główne zanieczyszczenia (Fe, O itp.) są kontrolowane w odpowiednim zakresie;
③Czy we wlewku występują defekty, takie jak wtrącenia, segregacja, pory, pęknięcia, wgłębienia skurczowe i rzadkie pomarańcze;
④ Czy powierzchnia wlewka jest gładka, bez szczelin i wielkość usunięcia wgłębienia skurczowego łba.
Dzisiejsza technologia lotnicza stawia bardziej rygorystyczne wymagania jakościowe dla prętów tytanowych klasy 5 i wlewków ze stopów tytanu. Oprócz ścisłej kontroli jakości procesu produkcyjnego należy zastosować wielokrotne wytapianie, z których przynajmniej jedno przeprowadza się w próżni, aby uzyskać wysokiej jakości wlewki. Wymaga to wszechstronnego wykorzystania charakterystyki każdej metody wytapiania w celu realizacji fizycznego procesu metalurgicznego tytanu i stopów tytanu, tak aby uzyskać stale powtarzalne, wysokiej jakości wlewki z tytanu i stopów tytanu o doskonałych parametrach.
3. Perspektywy
Z ekonomicznego punktu widzenia, jako główna metoda produkcji, metoda VAR będzie w dalszym ciągu dostarczać wysokiej jakości materiałów tytanowych dla dziedzin lotniczych i nielotniczych oraz w dalszym ciągu będzie idealną metodą wytapiania tytanu i stopów tytanu. Jednakże problemy przygotowania elektrod i czyszczenia wlewków nadal wymagają rozwiązania. Metoda NC nadaje się głównie do odzyskiwania i wytapiania zawróconego wsadu. Metody EBCHM i PCHM mogą zapewnić wyższą jakość prętów tytanowych klasy 5 i tytanu dla przemysłu lotniczego i kosmicznego oraz innych dziedzin z ich unikalnymi zaletami. wlewek stopowy. W najbliższej przyszłości z pewnością stanie się ważną częścią standardowego procesu wytapiania tytanu. Metody CCM i ESR wymagają dalszego udoskonalenia i udoskonalenia, możliwe jest wprowadzenie ich do produkcji na skalę przemysłową.
