Технология и технически перспективи за топене на материали от титанови сплави като титанов прът и прът от титанова сплав -2
1.3 Метод на топене в студено огнище (съкратено CHM метод)
Дефектите на металургичното включване на слитъци от титан и титанови сплави, причинени от замърсяване на суровината и необичаен процес на топене, винаги са засягали приложението наТитаниево кюлче 5 степени титанови сплави в космическата област. За да се елиминират металургичните включвания на въртящите се части на самолетния двигател от титаниева сплав, се появи технологията за топене в студено огнище. Най-голямата характеристика на метода CHM е разделянето на процесите на топене, рафиниране и втвърдяване, тоест разтопеният заряд влиза първо в огнището за топене, след това навлиза в зоната на рафиниране на студеното огнище за рафиниране и накрая се втвърдява в блокове в област на кристализация.
Същественото предимство на CHM технологията е, че тя може да образува кондензна обвивка върху стената на студеното огнище, а нейната "вискозна зона" може да улови включвания с висока плътност (HDI) като WC, Mo, Ta и др. време, в зоната на рафиниране, включвания с ниска плътност (HDI) Удълженото време на престой на частиците на включването (LDI) в течност с висока температура може да осигури пълното разтваряне на LDI, като по този начин ефективно премахва дефектите при включване. Това ще рече. Механизмът за пречистване на топенето в студено огнище може да бъде разделен на отделяне по специфична гравитация и разделяне чрез топене.
1.3.1 Метод на топене в студено огнище с електронен лъч (съкратено като метод EBCHM) Топенето с електронен лъч (съкратено като EB) е технологичен процес, при който енергията на високоскоростните електрони се използва, за да накара самия материал да генерира топлина за топене и рафиниране. EB пещта със студено огнище се нарича EBCHM. Методът EBCHM има отлични функции, които традиционният метод на топене няма:
(1) Ефективно премахване на включвания с висока плътност (HDI) и титанов нитрид като тантал, молибден, волфрам и волфрамов карбид. Титанов оксид и други включвания с ниска плътност (LDI);
(2) Могат да бъдат приети различни методи за захранване и възстановяването на остатъците от титан е относително лесно, т.е. могат да се използват отпадъчни материали, които не могат да се използват чрез други методи на топене, и все още могат да се произвеждат чисти титанови блокове, което значително намалява себестойността на продуктите;
(3) Може да се взема директна проба и да се анализира от разтопен метал;
(4) Може да произвежда блокове със специална форма, да намали производствените процеси, да намали потреблението на суровини и да увеличи добива; методът EBCHM също има следните недостатъци:
(1) Топенето трябва да се извърши при условия на висок вакуум, така че титановата гъба с високо съдържание на хлорид не може да бъде директно разтопена;
(2) Легиращите елементи са летливи и трудно се контролира химичният им състав.
1.3.2 Метод на топене в плазмен студен слой (наречен PCHM метод)
Методът PCHM използва плазмената дъга, генерирана от йонизацията на инертен газ, като източник на топлина и може да завърши топенето в широк диапазон на налягане от нисък вакуум до почти атмосферно налягане. Основната характеристика на този метод е, че той може да гарантира компоненти на сплавта с различни налягания на парите и няма очевидна загуба при изгаряне по време на процеса на топене, а също така може да елиминира металургичните дефекти на HDI и LDI.
Този метод има способността да подобрява свойствата на традиционните тайвански метали и може да реализира топенето на разнообразни сплави. Това е икономичен метод на топене в сравнение с традиционните методи на топене.
С този метод на топене, за титан и титанови сплави, идеален слитък може да се получи с едно топене.
Предимствата на съвременния метод PCHM са:
①Ниска инвестиция в оборудване, лесен за работа, безопасен и надежден;
② Могат да се използват суровини от различни видове и форми и степента на възстановяване на остатъчните материали е висока;
③Осигурете химическия състав на разнообразни сплави;
④ Реализира възстановяването и повторното използване на скъп инертен газ, намалявайки производствените разходи. Недостатъкът на метода PCHM е ниската електрическа ефективност.
EBCHM и PCHM са подобни по това, че и двата могат да премахнат HDI и LDI. Като цяло първият е по-подходящ за топене на чист титан; докато за сплавите последният е по-подходящ.
Подобно на метода VAR, горните два метода реализират широк спектър от контрол на автоматизацията на процеса, включително параметри на процеса (скорост на топене, разпределение на температурата по време на топене и втвърдяване, промени в състава по време на топене, отстраняване на неразтворими включвания и др.) и качество.
1.4 Метод на топене в студен тигел (наричан метод CCM)
През 80-те години на миналия век American Ferrosilicon Company разработи процес на индукционно топене без шлака и прокара метода CCM в промишленото производство за производство на титанови слитъци и титанови прецизни отливки. През последните години в някои икономически развити страни методът CCM започна да навлиза в индустриализация. Мащабът на производство, максималният диаметър на блока е 1 m, дължината е 2 m и перспективата му за развитие е впечатляваща.
Процесът на топене по метода CCM се извършва в метален тигел, съставен от взаимно непроводими дъгови блокове с водно охлаждане или медни тръби. Най-голямото предимство на тази комбинация е, че празнината между всеки два блока представлява засилено магнитно поле, а силното магнитно поле, генерирано чрез разбъркване, прави химическия състав и температурата постоянни, което подобрява качеството на продукта.
Методът CCM съчетава характеристиките на метода VAR и индукционното топене в тигел на огнеупорни материали. Не изисква огнеупорни материали и не е необходимо да се правят електроди, за да се получат висококачествени блокове с еднакъв състав и без замърсяване от тигела.
В сравнение с метода VAR, методът CCM има предимствата на ниска цена на оборудването и лесна работа, но технологията все още е в етап на разработка в момента.
1.5 Метод на електрошлаково топене (наричан ESR метод)
Методът ESR преобразува електрическата енергия в топлинна чрез използване на сблъсъка на заредени частици, когато токът преминава през проводима електрошлака. Тоест зарядът се разтопява и рафинира от топлинната енергия, генерирана от съпротивлението на шлаката. Методът ESR използва консумативни електроди за извършване на електрошлаково топене в неактивна шлака (CaF2), която може директно да се разтопи и отлее в блокове със същата форма и има добро качество на повърхността, което е подходящо за директна обработка в следващия процес. Предимствата на този метод са:
(1) Пълната коаксиалност на ESR пещта осигурява повторяемостта на най-качествения слитък;
(2) Аксиална кристализация на слитък, компактна и еднородна структура;
(3) Изключително прецизна система за претегляне на електроди и система за контрол на скоростта на топене;
(4) Оборудването е просто и лесно за работа. Недостатъкът е, че замърсяването на блока от шлаката не може да бъде отстранено.
2. Анализ на различни методи на топене
Качеството на отливките от титан има решаващо влияние върху микроструктурата и свойствата на последващите студено и горещо обработени материали. Качеството на слитъците от титан и титанови сплави се измерва главно от следните аспекти:
① Дали химичният състав на различните части на блока е еднакъв;
②Дали основните примеси (Fe, O и др.) се контролират в подходящ диапазон;
③Дали има дефекти като включвания, сегрегация, пори, пукнатини, кухини при свиване и редки портокали вътре в блока;
④ Дали повърхността на слитъка е гладка, без празнини и размерът на отстраняването на кухината за свиване на главата.
Днешната аерокосмическа технология поставя по-строги изисквания за качество за титаниеви пръти клас 5 и слитъци от титанови сплави. В допълнение към стриктния контрол на качеството на производствения процес трябва да се използва многократно топене, поне едно от които се извършва във вакуум, за да се получат висококачествени блокове. Това изисква характеристиките на всеки метод на топене да се използват цялостно за реализиране на физическия металургичен процес на титан и титанови сплави, така че да се получат непрекъснато възпроизводими висококачествени блокове от титан и титанови сплави с отлична производителност.
3. Outlook
От икономическа гледна точка, като основен производствен метод, методът VAR ще продължи да осигурява висококачествени титанови материали за авиацията и неавиационни области и все още ще бъде идеален метод за топене на титан и титанови сплави. Въпреки това, проблемите с подготовката на електрода и почистването на блока все още трябва да бъдат решени. NC методът е подходящ главно за възстановяване и топене на върнатия заряд. Методите EBCHM и PCHM могат да осигурят по-висококачествени титаниеви пръти от степен 5 и титан за космическата промишленост и други области с техните уникални предимства. слитък от сплав. В близко бъдеще той определено ще стане важна част от стандартния процес на топене на титан. Методът CCM и методът ESR все още трябва да бъдат допълнително подобрени и усъвършенствани и е възможно да се навлезе в индустриално производство.
