Tehnologija i tehnička perspektiva taljenja materijala od legure titana kao što su šipka od titana i šipka od legure titana -2

1.3 Metoda taljenja s hladnim ložištem (skraćeno CHM metoda)

Defekti metalurške inkluzije titana i ingota od titanovih legura uzrokovani onečišćenjem sirovina i abnormalnim procesom taljenja uvijek su utjecali na primjenuTitanska šipka 5. stupnjai legura titana u području zrakoplovstva. Kako bi se uklonili rotirajući metalurški dijelovi motora zrakoplova od legure titana, pojavila se tehnologija taljenja s hladnim ognjištem. Najveća značajka CHM metode je odvajanje procesa taljenja, rafinacije i skrućivanja, odnosno rastaljena šarža prvo ulazi u ložište za taljenje, zatim ulazi u područje rafinacije hladnog ložišta za rafiniranje, te se na kraju skrućuje u ingote u područje kristalizacije.

Značajna prednost CHM tehnologije je u tome što može stvoriti kondenzatnu ljusku na stijenci hladnog ložišta, a njegova "viskozna zona" može uhvatiti inkluzije visoke gustoće (HDI) kao što su WC, Mo, Ta, itd. Istovremeno vrijeme, u zoni rafiniranja, inkluzije niske gustoće (HDI) Produljeno vrijeme zadržavanja čestica inkluzija (LDI) u tekućini visoke temperature može osigurati potpuno otapanje LDI, čime se učinkovito uklanjaju nedostaci uključivanja. Odnosno. Mehanizam pročišćavanja taljenja s hladnim ognjištem može se podijeliti na odvajanje po specifičnoj težini i odvajanje taljenjem.

1.3.1 Metoda taljenja s hladnim ognjištem elektronskim snopom (skraćeno EBCHM metoda) Taljenje elektronskim snopom (skraćeno EB) je tehnološki proces u kojem se energija brzih elektrona koristi kako bi sam materijal generirao toplinu za taljenje i rafiniranje. EB peć s hladnim ložištem naziva se EBCHM. EBCHM metoda ima izvrsne funkcije koje tradicionalna metoda taljenja nema:

(1) Učinkovito uklonite uključke visoke gustoće (HDI) i titanijev nitrid kao što su tantal, molibden, volfram i volframov karbid. Titanov oksid i druge inkluzije niske gustoće (LDI);

(2) Mogu se prihvatiti različite metode punjenja, a obnavljanje ostataka titana relativno je jednostavno, odnosno mogu se koristiti otpadni materijali koji se ne mogu koristiti drugim metodama taljenja, a ingoti čistog titana još uvijek se mogu proizvesti, što uvelike smanjuje troškove proizvoda;

(3) Može se izravno uzorkovati i analizirati iz rastaljenog metala;

(4) Može proizvesti ingote posebnog oblika, smanjiti proizvodne procese, smanjiti potrošnju sirovina i povećati prinos; EBCHM metoda također ima sljedeće nedostatke:

(1) Taljenje se mora provesti u uvjetima visokog vakuuma, tako da se titanska spužva s visokim sadržajem klorida ne može izravno taliti;

(2) Legirni elementi su hlapljivi i teško im je kontrolirati kemijski sastav.

1.3.2 Plazma metoda taljenja u hladnom sloju (zvana PCHM metoda)

PCHM metoda koristi plazma luk generiran ionizacijom inertnog plina kao izvor topline i može dovršiti topljenje u širokom rasponu tlaka od niskog vakuuma do tlaka blizu atmosferskog. Istaknuta značajka ove metode je da može jamčiti komponente legure s različitim tlakovima pare, i nema očitog gubitka gorenja tijekom procesa taljenja, a također može eliminirati metalurške nedostatke HDI i LDI.

Ova metoda ima sposobnost poboljšanja svojstava tradicionalnih tajvanskih metala i može ostvariti topljenje raznolikih legura. To je ekonomična metoda taljenja u usporedbi s tradicionalnim metodama taljenja.

Ovim načinom taljenja, za titan i titanove legure, idealan ingot može se dobiti jednim taljenjem.

Prednosti moderne PCHM metode su:

①Malo ulaganje u opremu, jednostavan za rukovanje, siguran i pouzdan;

② Mogu se koristiti sirovine različitih vrsta i oblika, a stopa oporabe zaostalih materijala je visoka;

③Osigurati kemijski sastav raznolikih legura;

④ Ostvaren oporavak i ponovna uporaba skupog inertnog plina, smanjujući troškove proizvodnje. Nedostatak PCHM metode je niska električna učinkovitost.

EBCHM i PCHM su slični po tome što oba mogu eliminirati HDI i LDI. Općenito, prvi je prikladniji za taljenje čistog titana; dok je za legure prikladniji ovaj drugi.

Kao i VAR metoda, gornje dvije metode ostvaruju širok raspon automatizacije procesa, uključujući procesne parametre (brzinu taljenja, raspodjelu temperature tijekom taljenja i skrućivanja, promjene sastava tijekom taljenja, uklanjanje netopivih inkluzija, itd.) i kvalitetu.

1.4 Metoda taljenja u hladnom tiglu (koja se naziva CCM metoda)

U 1980-ima, American Ferrosilicon Company razvila je proces indukcijskog taljenja bez troske i gurnula CCM metodu u industrijsku proizvodnju za proizvodnju titanskih ingota i preciznih odljevaka od titana. Posljednjih godina, u nekim ekonomski razvijenim zemljama, CCM metoda počela je ulaziti u industrijalizaciju. Opseg proizvodnje, maksimalni promjer ingota je 1 m, duljina 2 m, a njegova razvojna perspektiva je impresivna.

Proces taljenja CCM metode provodi se u metalnom loncu sastavljenom od međusobno neprovodljivih, vodom hlađenih lučnih blokova ili bakrenih cijevi. Najveća prednost ove kombinacije je da je razmak između svaka dva bloka pojačano magnetsko polje, a snažno magnetsko polje koje stvara miješanje čini kemijski sastav i temperaturu dosljednima, što poboljšava kvalitetu proizvoda.

CCM metoda kombinira karakteristike VAR metode i indukcijskog taljenja vatrostalnih materijala u loncu. Ne zahtijeva vatrostalne materijale i ne treba izrađivati ​​elektrode za dobivanje visokokvalitetnih ingota ujednačenog sastava i bez onečišćenja lončića.

U usporedbi s VAR metodom, CCM metoda ima prednosti niske cijene opreme i jednostavnog rada, ali tehnologija je trenutno još u fazi razvoja.

1.5 Metoda elektroslaga taljenja (naziva se ESR metoda)

ESR metoda pretvara električnu energiju u toplinsku energiju korištenjem sudara nabijenih čestica kada struja prolazi kroz vodljivu elektrotrosku. To jest, punjenje se topi i pročišćava toplinskom energijom generiranom otporom troske. Metoda ESR koristi potrošne elektrode za izvođenje elektrotaljenja troske u neaktivnoj troski (CaF2), koja se može izravno taliti i lijevati u ingote istog oblika, a ima dobru kvalitetu površine, koja je pogodna za izravnu obradu u sljedećem procesu. Prednosti ove metode su:

(1) Potpuna koaksijalnost ESR peći osigurava ponovljivost ingota najbolje kvalitete;

(2) Aksijalna kristalizacija ingota, kompaktna i jednolika struktura;

(3) Sustav za vaganje elektroda izuzetno visoke preciznosti i sustav kontrole brzine taljenja;

(4) Oprema je jednostavna i laka za rukovanje. Nedostatak je što se onečišćenje ingota troskom ne može ukloniti.

2. Analiza različitih metoda taljenja

Kvaliteta lijevanih titanskih ingota ima odlučujući utjecaj na mikrostrukturu i svojstva naknadno hladno i toplo obrađenih materijala. Kvaliteta ingota titana i legura titana uglavnom se mjeri sa sljedećih aspekata:

① Je li kemijski sastav različitih dijelova ingota ujednačen;

② Jesu li glavne nečistoće (Fe, O, itd.) kontrolirane unutar odgovarajućeg raspona;

③Postoje li nedostaci kao što su inkluzije, segregacija, pore, pukotine, šupljine skupljanja i rijetke naranče unutar ingota;

④ Je li površina ingota glatka, bez praznina i veličina uklanjanja šupljine skupljanja glave.

Današnja zrakoplovna i svemirska tehnologija postavlja strože zahtjeve kvalitete za titanske šipke razreda 5 i ingote od legure titana. Uz strogu kontrolu kvalitete proizvodnog procesa potrebno je koristiti višestruko taljenje, od kojih se barem jedno provodi u vakuumu kako bi se dobili visokokvalitetni ingoti. Ovo zahtijeva da se karakteristike svake metode taljenja moraju sveobuhvatno iskoristiti za realizaciju fizičkog metalurškog procesa titana i titanovih legura, kako bi se dobili kontinuirano ponovljivi visokokvalitetni ingoti titana i titanovih legura s izvrsnim performansama.

3. Izgledi

S ekonomskog gledišta, kao glavna proizvodna metoda, VAR metoda nastavit će pružati visokokvalitetne titanijske materijale za zrakoplovstvo i nezrakoplovstvo, te će i dalje biti idealna metoda za taljenje titana i titanovih legura. Međutim, problemi pripreme elektroda i čišćenja ingota tek treba riješiti. NC metoda je uglavnom prikladna za obnavljanje i taljenje vraćenog punjenja. Metode EBCHM i PCHM mogu pružiti višu kvalitetu titanijske šipke Grade 5 i titana za zrakoplovstvo i druga područja sa svojim jedinstvenim prednostima. ingot od legure. U bliskoj budućnosti, definitivno će postati važan dio standardnog procesa taljenja titana. CCM metodu i ESR metodu treba još unaprijediti i usavršiti te je moguće ući u industrijsku proizvodnju.