Technologie en technische vooruitzichten voor het smelten van titaniumlegeringsmaterialen zoals titaniumstaven en titaniumlegeringen -2

1.3 Koudehaardsmeltmethode (afgekort als CHM-methode)

De metallurgische inclusiedefecten van blokken van titanium en titaniumlegeringen, veroorzaakt door vervuiling van grondstoffen en een abnormaal smeltproces, hebben altijd de toepassing vanGraad 5 titanium staafen titaniumlegeringen op het gebied van de lucht- en ruimtevaart. Om de roterende onderdelen van vliegtuigmotoren van titaniumlegering te elimineren. Metallurgische insluitsels, smelttechnologie met koude haard ontstond. Het grootste kenmerk van de CHM-methode is de scheiding van smelt-, raffinage- en stollingsprocessen, dat wil zeggen dat de gesmolten lading eerst de haard binnengaat om te smelten, vervolgens het raffinagegebied van de koude haard binnengaat voor raffinage en uiteindelijk stolt tot blokken in de kristallisatie gebied.

Het grote voordeel van de CHM-technologie is dat deze een condensaatomhulsel kan vormen op de wand van de koude haard, en dat de "viskeuze zone" insluitsels met hoge dichtheid (HDI) zoals WC, Mo, Ta, enz. kan opvangen. tijd, in de raffinagezone, insluitsels met lage dichtheid (HDI) De verlengde verblijftijd van insluitingsdeeltjes (LDI) in vloeistof met hoge temperatuur kan de volledige oplossing van LDI garanderen, waardoor insluitingsdefecten effectief worden verwijderd. Dat wil zeggen. Het zuiveringsmechanisme van het smelten in de koude haard kan worden onderverdeeld in scheiding op soortelijk gewicht en scheiding door smelten.

1.3.1 Elektronenstraal smeltmethode voor koude haard (afgekort als EBCHM-methode) Elektronenstraal smelten (afgekort als EB) is een technologisch proces waarbij de energie van snelle elektronen wordt gebruikt om het materiaal zelf warmte te laten genereren voor het smelten en raffineren. De EB-oven met koude haard heet EBCHM. De EBCHM-methode heeft uitstekende functies die de traditionele smeltmethode niet heeft:

(1) Verwijder effectief insluitsels met hoge dichtheid (HDI) en titaniumnitride zoals tantaal, molybdeen, wolfraam en wolfraamcarbide. Titaanoxide en andere insluitsels met lage dichtheid (LDI);

(2) Er kan een verscheidenheid aan toevoermethoden worden geaccepteerd, en het terugwinnen van titaniumresiduen is relatief eenvoudig, dat wil zeggen dat er afvalmaterialen kunnen worden gebruikt die niet door andere smeltmethoden kunnen worden gebruikt, en er kunnen nog steeds pure titaniumblokken worden geproduceerd, wat in grote mate verlaagt de kosten van producten;

(3) Het kan rechtstreeks worden bemonsterd en geanalyseerd uit gesmolten metaal;

(4) Het kan speciaal gevormde blokken produceren, productieprocessen verminderen, het grondstoffenverbruik verminderen en de opbrengst verhogen; de EBCHM-methode heeft ook de volgende nadelen:

(1) Het smelten moet worden uitgevoerd onder omstandigheden van hoog vacuüm, zodat titaniumsponsen met een hoog chloridegehalte niet direct kunnen worden gesmolten;

(2) Legeringselementen zijn vluchtig en de chemische samenstelling is moeilijk te controleren.

1.3.2 Plasma koudbedsmeltmethode (de zogenaamde PCHM-methode)

De PCHM-methode maakt gebruik van de plasmaboog die wordt gegenereerd door de ionisatie van inert gas als warmtebron en kan het smelten voltooien in een breed drukbereik van laag vacuüm tot bijna atmosferische druk. Het opvallende kenmerk van deze methode is dat deze legeringscomponenten met verschillende dampdrukken kan garanderen, dat er geen duidelijk verbrandingsverlies is tijdens het smeltproces, en dat het ook metallurgische defecten van HDI en LDI kan elimineren.

Deze methode heeft het vermogen om de eigenschappen van traditionele Taiwanese metalen te verbeteren en kan het smelten van gediversifieerde legeringen realiseren. Het is een economische smeltmethode vergeleken met traditionele smeltmethoden.

Met deze smeltmethode kan voor titanium en titaniumlegeringen door één keer smelten een ideale staaf worden verkregen.

De voordelen van de moderne PCHM-methode zijn:

① Lage investering in apparatuur, eenvoudig te bedienen, veilig en betrouwbaar;

② Er kunnen grondstoffen van verschillende soorten en vormen worden gebruikt en het terugwinningspercentage van restmaterialen is hoog;

③Zorg voor de chemische samenstelling van gediversifieerde legeringen;

④ Realiseerde de terugwinning en het hergebruik van duur inert gas, waardoor de productiekosten werden verlaagd. Het nadeel van de PCHM-methode is dat het elektrisch rendement laag is.

EBCHM en PCHM zijn vergelijkbaar in die zin dat beide HDI en LDI kunnen elimineren. Over het algemeen is de eerste geschikter voor het smelten van puur titanium; terwijl voor legeringen dit laatste geschikter is.

Net als de VAR-methode realiseren de twee bovenstaande methoden een breed scala aan procesautomatiseringscontrole, inclusief procesparameters (smeltsnelheid, temperatuurverdeling tijdens het smelten en stollen, veranderingen in de samenstelling tijdens het smelten, verwijdering van onoplosbare insluitsels, enz.) en kwaliteit.

1.4 Smeltmethode voor koude smeltkroezen (ook wel CCM-methode genoemd)

In de jaren tachtig ontwikkelde de American Ferrosilicon Company een slakvrij inductiesmeltproces en pushte de CCM-methode naar industriële productie voor de productie van titaniumstaven en titaniumprecisiegietstukken. In de afgelopen jaren is de CCM-methode in sommige economisch ontwikkelde landen begonnen de industrialisatie binnen te dringen. De productieschaal, de maximale diameter van de staaf is 1 m, de lengte is 2 meter en het ontwikkelingsperspectief is indrukwekkend.

Het smeltproces van de CCM-methode wordt uitgevoerd in een metalen smeltkroes die bestaat uit onderling niet-geleidende watergekoelde boogblokken of koperen buizen. Het grootste voordeel van deze combinatie is dat de opening tussen elke twee blokken een verbeterd magnetisch veld is, en dat het sterke magnetische veld dat wordt gegenereerd door roeren de chemische samenstelling en temperatuur consistent maakt, wat de productkwaliteit verbetert.

De CCM-methode combineert de kenmerken van de VAR-methode en het inductiesmelten van vuurvaste materialen. Er zijn geen vuurvaste materialen nodig en er zijn geen elektroden nodig om hoogwaardige blokken te verkrijgen met een uniforme samenstelling en zonder vervuiling van de smeltkroes.

Vergeleken met de VAR-methode heeft de CCM-methode de voordelen van lage apparatuurkosten en eenvoudige bediening, maar de technologie bevindt zich momenteel nog in de ontwikkelingsfase.

1.5 Elektroslak-smeltmethode (ook wel ESR-methode genoemd)

De ESR-methode zet elektrische energie om in warmte-energie door gebruik te maken van de botsing van geladen deeltjes wanneer stroom door geleidende elektroslak gaat. Dat wil zeggen, de lading wordt gesmolten en verfijnd door de warmte-energie die wordt gegenereerd door de weerstand van de slak. De ESR-methode maakt gebruik van verbruikbare elektroden om het smelten van elektroslakken uit te voeren in inactieve slak (CaF2), die direct kan worden gesmolten en tot blokken van dezelfde vorm kan worden gegoten, en een goede oppervlaktekwaliteit heeft, die geschikt is voor directe verwerking in het volgende proces. De voordelen van deze methode zijn:

(1) De volledige coaxialiteit van de ESR-oven garandeert de herhaalbaarheid van blokken van de beste kwaliteit;

(2) Axiale kristallisatie van ingots, compacte en uniforme structuur;

(3) Extreem nauwkeurig elektrodeweegsysteem en smeltsnelheidcontrolesysteem;

(4) De apparatuur is eenvoudig en gemakkelijk te bedienen. Het nadeel is dat de vervuiling van het blok door de slak niet kan worden verwijderd.

2. Analyse van verschillende smeltmethoden

De kwaliteit van gegoten titaniumblokken heeft een beslissende invloed op de microstructuur en eigenschappen van daaropvolgende koud en warm verwerkte materialen. De kwaliteit van blokken van titanium en titaniumlegeringen wordt voornamelijk gemeten aan de hand van de volgende aspecten:

① Of de chemische samenstelling van verschillende delen van de staaf uniform is;

②Of de belangrijkste onzuiverheden (Fe, O, enz.) binnen een passend bereik worden beheerst;

③Of er gebreken zijn zoals insluitsels, segregatie, poriën, scheuren, krimpholtes en schaarse sinaasappels in de staaf;

④ Of het oppervlak van de staaf glad is, zonder gaten, en de grootte van de verwijdering van de krimpholte van de kop.

De huidige lucht- en ruimtevaarttechnologie stelt strengere kwaliteitseisen aan klasse 5 titanium staven en blokken van titaniumlegeringen. Naast een strikte controle van de kwaliteit van het productieproces, moet er gebruik worden gemaakt van meervoudig smelten, waarvan er minstens één in een vacuüm wordt uitgevoerd om blokken van hoge kwaliteit te verkrijgen. Dit vereist dat de kenmerken van elke smeltmethode volledig moeten worden benut om het fysieke metallurgische proces van titanium en titaniumlegeringen te realiseren, om continu reproduceerbare hoogwaardige titanium- en titaniumlegeringsblokken met uitstekende prestaties te verkrijgen.

3. Vooruitzichten

Vanuit economisch oogpunt zal de VAR-methode, als de belangrijkste productiemethode, hoogwaardige titaniummaterialen blijven leveren voor de luchtvaart en niet-luchtvaartsectoren, en zal het nog steeds een ideale methode zijn voor het smelten van titanium en titaniumlegeringen. De problemen bij het voorbereiden van de elektroden en het reinigen van de blokken moeten echter nog steeds worden opgelost. De NC-methode is vooral geschikt voor het terugwinnen en smelten van de geretourneerde lading. De EBCHM- en PCHM-methoden kunnen een hogere kwaliteit Grade 5 Titanium Bar en titanium bieden voor de lucht- en ruimtevaart en andere gebieden, met hun unieke voordelen. legering staaf. In de nabije toekomst zal het zeker een belangrijk onderdeel worden van het standaard titaniumsmeltproces. De CCM-methode en de ESR-methode moeten nog verder worden verbeterd en geperfectioneerd, en het is mogelijk om productie op industriële schaal te betreden.