Tehnologija i tehnička perspektiva topljenja materijala od legure titanijuma kao što su titanijumska šipka i šipka od legure titana -2

1.3 Metoda topljenja hladnog ognjišta (skraćeno CHM metoda)

Defekti metalurške inkluzije titanijuma i ingota legura titanijuma uzrokovani zagađenjem sirovina i abnormalnim procesom topljenja oduvek su uticali na primenuTitanijumska šipka stepena 5i legura titanijuma u vazduhoplovstvu. Da bi se eliminisali rotirajući delovi motora aviona od legure titanijuma, metalurške inkluzije, nastala je tehnologija topljenja na hladnom ognjištu. Najveća karakteristika CHM metode je razdvajanje procesa topljenja, rafiniranja i očvršćavanja, odnosno rastopljeno punjenje prvo ulazi u ložište radi topljenja, zatim ulazi u područje rafiniranja hladnog ložišta radi rafiniranja i na kraju se stvrdnjava u ingote u područje kristalizacije.

Značajna prednost CHM tehnologije je u tome što može formirati kondenzatnu školjku na zidu hladnog ognjišta, a njena "viskozna zona" može uhvatiti inkluzije visoke gustine (HDI) kao što su WC, Mo, Ta, itd. vrijeme, u zoni rafiniranja, inkluzije niske gustine (HDI) Produženo vrijeme zadržavanja čestica inkluzije (LDI) u tečnosti visoke temperature može osigurati potpuno otapanje LDI, čime se efikasno uklanjaju nedostaci inkluzije. To će reći. Mehanizam prečišćavanja topljenja na hladnom ognjištu može se podijeliti na odvajanje specifične težine i odvajanje topljenja.

1.3.1 Metoda topljenja na hladnom ognjištu elektronskim snopom (skraćeno EBCHM metoda) Topljenje elektronskim snopom (skraćeno kao EB) je tehnološki proces u kojem se energija brzih elektrona koristi kako bi materijal sam proizveo toplinu za topljenje i rafinaciju. EB peć sa hladnim ložištem naziva se EBCHM. EBCHM metoda ima odlične funkcije koje tradicionalna metoda topljenja nema:

(1) Efikasno ukloniti inkluzije visoke gustine (HDI) i titanijum nitrid kao što su tantal, molibden, volfram i volfram karbid. Titanijum oksid i druge inkluzije male gustine (LDI);

(2) Mogu se prihvatiti različite metode hranjenja, a oporavak ostataka titanijuma je relativno lak, odnosno mogu se koristiti otpadni materijali koji se ne mogu koristiti drugim metodama topljenja, a i dalje se mogu proizvoditi čisti titanijumski ingoti, što uvelike smanjuje cijenu proizvoda;

(3) Može se direktno uzorkovati i analizirati iz rastopljenog metala;

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

(1) Topljenje se mora vršiti u uslovima visokog vakuuma, tako da se titanijumski sunđer sa visokim sadržajem hlorida ne može direktno topiti;

(2) Legirajući elementi su isparljivi i teško ih je kontrolisati hemijskim sastavom.

1.3.2 Metoda topljenja u hladnom sloju plazme (nazvana PCHM metoda)

PCHM metoda koristi plazma luk generiran jonizacijom inertnog plina kao izvor topline i može završiti topljenje u širokom rasponu tlaka od niskog vakuuma do blizu atmosferskog tlaka. Istaknuta karakteristika ove metode je da može garantovati komponente legure sa različitim pritiscima pare, i da nema očiglednog gubitka sagorevanja tokom procesa topljenja, a takođe može eliminisati metalurške defekte HDI i LDI.

Ova metoda ima sposobnost poboljšanja svojstava tradicionalnih tajvanskih metala i može ostvariti topljenje različitih legura. To je ekonomična metoda topljenja u poređenju sa tradicionalnim metodama topljenja.

Ovom metodom topljenja, za titanijum i legure titana, jednim topljenjem se može dobiti idealan ingot.

Prednosti moderne PCHM metode su:

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

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

③Osigurati hemijski sastav raznovrsnih legura;

④ Ostvarili su oporavak i ponovnu upotrebu skupog inertnog gasa, smanjujući troškove proizvodnje. Nedostatak PCHM metode je niska električna efikasnost.

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

Kao i VAR metoda, gore navedene dvije metode ostvaruju širok raspon upravljanja procesom automatizacije, uključujući parametre procesa (brzina topljenja, raspodjela temperature tokom topljenja i skrućivanja, promjene sastava tokom topljenja, uklanjanje netopivih inkluzija itd.) i kvalitet.

1.4 Metoda topljenja u hladnom lončiću (naziva se CCM metoda)

1980-ih, američka kompanija Ferrosilicon razvila je proces indukcijskog topljenja bez troske i gurnula CCM metodu u industrijsku proizvodnju za proizvodnju titanijumskih ingota i preciznih odlivaka od titanijuma. Poslednjih godina u nekim ekonomski razvijenim zemljama CCM metoda je počela da ulazi u industrijalizaciju. Obim proizvodnje, maksimalni prečnik ingota je 1 m, dužina 2 m, a izgledi za razvoj su impresivni.

Proces topljenja CCM metode izvodi se u metalnom lončiću sastavljenom od međusobno neprovodnih vodeno hlađenih lučnih blokova ili bakrenih cijevi. Najveća prednost ove kombinacije je u tome što je razmak između svaka dva bloka pojačano magnetsko polje, a snažno magnetsko polje koje stvara miješanje čini kemijski sastav i temperaturu konzistentnim, što poboljšava kvalitetu proizvoda.

CCM metoda kombinuje karakteristike VAR metode i indukcijskog topljenja vatrostalnih materijala u lončiću. Ne zahtijeva vatrostalne materijale i ne treba izrađivati ​​elektrode za dobivanje visokokvalitetnih ingota ujednačenog sastava i bez zagađivanja u tignu.

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

1.5 Metoda topljenja elektrošljake (naziva se ESR metoda)

ESR metoda pretvara električnu energiju u toplinsku energiju korištenjem sudara nabijenih čestica kada struja prolazi kroz provodljivu elektrošljaku. To jest, naboj se topi i rafinira toplotnom energijom koju stvara otpor šljake. ESR metoda koristi potrošne elektrode za izvođenje elektrotaljenja troske u neaktivnoj zguri (CaF2), koja se može direktno topiti i lijevati u ingote istog oblika, a ima dobar kvalitet površine, što je pogodno za direktnu obradu u sljedećem procesu. Prednosti ove metode su:

(1) Potpuna koaksijalnost ESR peći osigurava ponovljivost ingota najboljeg kvaliteta;

(2) Aksijalna kristalizacija ingota, kompaktne i jednolike strukture;

(3) Ekstremno precizan sistem vaganja elektroda i sistem kontrole brzine topljenja;

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

2. Analiza različitih metoda topljenja

Kvalitet livenih titanijumskih ingota ima odlučujući uticaj na mikrostrukturu i svojstva naknadnih hladno i toplo obrađenih materijala. Kvalitet titanijuma i ingota titanijumskih legura uglavnom se meri sa sledećih aspekata:

① Da li je hemijski sastav različitih delova ingota ujednačen;

②Da li su glavne nečistoće (Fe, O, itd.) kontrolisane u odgovarajućem opsegu;

③Da li postoje defekti kao što su inkluzije, segregacija, pore, pukotine, šupljine skupljanja i rijetke narandže unutar ingota;

④ Da li je površina ingota glatka, bez praznina i veličina šupljine za skupljanje glave.

Današnja vazduhoplovna tehnologija postavlja strože zahtjeve kvaliteta za poluge titanijuma 5. razreda i ingote od legura titanijuma. Osim striktne kontrole kvaliteta proizvodnog procesa, potrebno je koristiti višestruko topljenje, od kojih se barem jedno vrši u vakuumu kako bi se dobili visokokvalitetni ingoti. To zahtijeva da se karakteristike svake metode topljenja moraju sveobuhvatno koristiti za realizaciju fizičkog metalurškog procesa titanijuma i legura titanijuma, kako bi se dobili kontinuirano ponovljivi visokokvalitetni ingoti titana i legura titanijuma sa odličnim performansama.

3. Outlook

Sa ekonomskog stajališta, kao glavna proizvodna metoda, VAR metoda će i dalje pružati visokokvalitetne titanijumske materijale za zrakoplovne i neavionske oblasti, a i dalje će biti idealna metoda za topljenje titana i legura titana. Međutim, još uvijek treba riješiti probleme pripreme elektroda i čišćenja ingota. NC metoda je uglavnom pogodna za oporavak i topljenje vraćenog punjenja. Metode EBCHM i PCHM mogu pružiti viši kvalitet titanijumske šipke i titanijuma stepena 5 za vazduhoplovstvo i druga polja sa svojim jedinstvenim prednostima. ingot legure. U bliskoj budućnosti, definitivno će postati važan dio procesa topljenja standarda titanijuma. CCM metodu i ESR metodu još treba dodatno poboljšati i usavršiti, te je moguće ući u industrijsku proizvodnju.