Cinco métodos de fusión para aleaciones de titanio.

Cinco métodos de fusión para aleaciones de titanio.

Los métodos de fusión de aleaciones de titanio generalmente se dividen en: 1. Método de fusión en horno de arco consumible al vacío; 2. Método de fusión en horno de arco al vacío no consumible; 3. Método de fusión en lecho de horno frío; 4. Método de fusión en crisol frío; 5. Cinco métodos de fusión eléctrica de escoria..

1. Método de fusión en horno de arco consumible al vacío (Método VAR para abreviar)

Con el desarrollo de la tecnología del vacío y la aplicación de las computadoras., El método VAR se convirtió rápidamente en una tecnología madura de producción industrial de titanio.. Hoy, la gran mayoría del titanio y sus lingotes de aleación se producen mediante este método. Las características importantes del método VAR son el bajo consumo de energía., alta velocidad de fusión, y reproducibilidad de buena calidad. Los lingotes fundidos por el método VAR tienen buena estructura cristalina y composición química uniforme.. Generalmente, Los lingotes terminados deben fundirse mediante el método VAR y someterse a al menos dos procesos de refundición.. El método VAR se utiliza para producir lingotes de titanio., y los procesos utilizados por los fabricantes de todo el mundo son básicamente similares, con la diferencia que el uso de diferentes métodos y equipos de preparación de electrodos. La preparación de electrodos se puede dividir en tres categorías.: primero, usando electrodos integrales que se presionan continuamente agregando materiales en lotes, excluyendo procesos de soldadura por electrodos; segundo, Prensado y empalme de un solo electrodo en electrodos consumibles.. Y soldados entre sí mediante soldadura por arco de plasma de argón o soldadura al vacío.; El tercero es utilizar otros métodos de fusión para preparar electrodos de fundición..

Las características técnicas y ventajas de los modernos hornos VAR avanzados.:

(1) Entrada de alimentación coaxial completa, que se refiere a la coaxialidad completa de toda la altura del horno, se llama fuente de alimentación coaxial, reducir la aparición del fenómeno de segregación;

(2) La calibración eléctrica dentro del crisol se puede ajustar con precisión en la dirección del eje X/eje Y.;

(3) Equipado con un sistema de pesaje de electrodos preciso, La velocidad de fusión se controla automáticamente., lograr una velocidad de fusión constante y garantizar la calidad de la fusión;

(4) Garantizar la repetibilidad y consistencia de cada proceso de fusión.;

(5) La flexibilidad se refiere a la capacidad de un horno para producir múltiples tipos de lingotes y la producción de lingotes a gran escala., que puede mejorar significativamente la productividad;

(6) Tiene buena viabilidad económica.. El “fuente de alimentación coaxial” El método puede evitar fugas magnéticas causadas por un suministro de corriente desequilibrado al crisol., debilitar o eliminar los efectos adversos de los campos magnéticos inducidos sobre los productos fundidos, y mejorar la eficiencia eléctrica, obteniendo así lingotes de calidad estable. El propósito de “fusión a velocidad constante” es mejorar la calidad de los lingotes, mediante el uso de sistemas de control electrónico avanzados y sensores de peso para garantizar una longitud de arco y una velocidad de fusión constantes durante el proceso de fusión, controlando así el proceso de solidificación. Puede prevenir eficazmente la segregación y garantizar la calidad intrínseca del lingote..

Además de las dos características anteriores, Los modernos hornos VAR para fundir titanio también han logrado la producción a gran escala de hornos VAR.. Los hornos VAR modernos pueden fundir lingotes de gran tamaño con un diámetro de 1,5 m y un peso de 32 t.

El método VAR es un método de fusión industrial que es un estándar moderno para titanio y aleaciones de titanio.. Pero todavía quedan las siguientes tecnologías que deben abordarse:

En primer lugar, el método de preparación del electrodo. El proceso de preparación de electrodos es muy complicado., Requiriendo el uso de prensas costosas para comprimir el titanio esponjoso., aleaciones intermedias, y materiales residuales devueltos a electrodos integrales o placas eléctricas pequeñas e individuales. Los electrodos individuales también deben soldarse en electrodos consumibles.. Al mismo tiempo, Para garantizar la uniformidad de los componentes consumibles de los electrodos., instalaciones correspondientes como tela, peso, y la mezcla debe configurarse.

En segundo lugar, Defectos metalúrgicos ocasionales como la segregación., tales como segregación composicional y segregación por solidificación..

El primero es causado por la distribución desigual de elementos de impureza o elementos de aleación en el electrodo., que se solidifica antes de alcanzar la distribución de equilibrio durante la fusión; Esto último se debe a la introducción ocasional de inclusiones de alta densidad. (IDH) e inclusiones de baja densidad (LDI) en las materias primas o el proceso, que no se puede disolver completamente durante el proceso de fusión, resultando en la producción de defectos metalúrgicos altamente peligrosos como inclusiones.

2. Método de fusión en horno de arco al vacío no consumible (simplificado como método NC)

Actualmente, Los electrodos de cobre refrigerados por agua han reemplazado al electrodo de torio de tungsteno o al electrodo de grafito en la etapa inicial de la industria del titanio., resolver el problema de la contaminación industrial y hacer del método NC un método importante para fundir titanio y aleaciones de titanio.. Hornos NC de varias toneladas han estado funcionando en Europa y América..

Hay dos tipos de electrodos de cobre refrigerados por agua.: uno es autogiratorio; Otro tipo es un campo magnético giratorio., cuyo objetivo es prevenir el desgaste de electrodos causado por arcos eléctricos.

Los hornos NC también se pueden dividir en dos tipos.: Una es fundir las materias primas en un crisol de cobre enfriado por agua y moldearlas en lingotes en un molde de cobre enfriado por agua.; Otro método consiste en alimentar continuamente materias primas en un crisol de cobre enfriado por agua para fundirlo y solidificarlo..

Las ventajas del método de fusión NC son: ① Puede eliminar los procesos de prensado de electrodos y electrodos de soldadura.; ② Puede hacer que el arco permanezca en el material por un período de tiempo más largo., mejorando así la uniformidad de la composición del lingote; ③ Se pueden utilizar diferentes formas y tamaños de materias primas., y 100% Se pueden agregar materiales residuales durante el proceso de fusión para lograr el reciclaje del titanio..

El método NC, como proceso de fundición, Es bastante ventajoso en términos de mejorar la tasa de recuperación de materiales residuales y reducir costos.. Generalmente, Los hornos NC y VAR se utilizan en conjunto para aprovechar al máximo sus respectivas ventajas..

3. Método de fusión en lecho de horno frío (denominado método CHM)

Los defectos de inclusión metalúrgica en titanio y lingotes de aleación de titanio causados ​​por la contaminación de las materias primas y procesos de fusión anormales han estado afectando la aplicación del titanio y la aleación de titanio en el campo aeroespacial.. Para eliminar inclusiones metalúrgicas en piezas giratorias de motores de aviones de aleación de titanio., Se ha introducido la tecnología de fusión en hogar frío..

La característica más importante del método CHM es la separación de la masa fundida., refinando, y procesos de solidificación. Eso es, el material del horno derretido ingresa al lecho del horno Ling para fundirse primero, luego ingresa a la zona de refinación del lecho del horno frío para refinar, y finalmente se solidifica en lingotes en la zona de cristalización. La ventaja significativa de la tecnología CHM es que puede formar una capa condensada en la pared del lecho frío del horno., y su “zona viscosa” puede capturar inclusiones de alta densidad (IDH) como WC, Mes, Frente a, etc.. Al mismo tiempo, en la zona de precisión, el tiempo de residencia de inclusiones de baja densidad (LDI) partículas en líquido a alta temperatura se prolonga, que puede garantizar la disolución completa de LDI y eliminar eficazmente los defectos de inclusión. Es decir, El mecanismo de purificación de la fusión en lecho de horno frío se puede dividir en dos tipos.: separación por gravedad específica y separación por fusión.

3.1 Fusión en lecho frío por haz de electrones (EBCHM) Fusión por haz de electrones (EB) Es un proceso que utiliza la energía de electrones de alta velocidad para generar calor en el propio material para fundirlo y refinarlo.. El horno EB con lecho frío se llama EBCHM. El método EBCHM tiene excelentes funciones que los métodos de fusión tradicionales no poseen:

(1) Elimina eficazmente las inclusiones de alta densidad. (IDH) como el tantalio, molibdeno, tungsteno, carburo de tungsteno, y nitruro de titanio. Inclusiones de baja densidad (LDI) como el óxido de titanio;

(2) Se aceptan múltiples métodos de alimentación., y la recuperación de residuos de titanio es relativamente fácil. Incluso si se pueden utilizar materiales de desecho que no se pueden utilizar mediante otros métodos de fundición., Todavía se pueden producir lingotes de titanio puro., reduciendo considerablemente el coste del producto;

(3) Se puede muestrear directamente, analizado, y probado a partir de metal líquido;

(4) Puede producir lingotes de formas irregulares., reducir los procesos de producción, menor consumo de materia prima, y mejorar el rendimiento del producto;

El método EBCHM también tiene los siguientes inconvenientes:

(1) La fusión debe realizarse en condiciones de alto vacío., por lo que el titanio esponjoso con alto contenido de cloruro no se puede fundir directamente;

(2) Los elementos de aleación son volátiles y difíciles de controlar su composición química..

3.2 Método de fusión en lecho frío de plasma (Método del tubo PCHM)

El método PCHM utiliza como fuente de calor el arco de plasma generado por la ionización de gas inerte., y puede completar la fusión en un amplio rango de presión, desde bajo vacío hasta presión casi atmosférica. La característica importante de este método es que puede garantizar la composición de aleaciones con diferentes presiones de vapor., y no hay ninguna diferencia obvia durante el proceso de fusión. Este método tiene la capacidad de proporcionar propiedades mejoradas del metal de mesa tradicional y puede lograr la fusión de aleaciones diversificadas.. Es un método de fusión económico en comparación con los métodos de fusión tradicionales.. Usando este método para derretir, Se pueden obtener lingotes ideales en un solo proceso de fusión para titanio y aleaciones de titanio.. Las ventajas del método PCHM moderno son:

① Baja inversión en equipos, fácil operación, seguro y confiable;

② Se pueden utilizar diferentes tipos y formas de materias primas., con alta tasa de recuperación de material residual;

③ Garantizar la composición química de aleaciones diversificadas.;

④ Se ha logrado el costoso reciclaje y reutilización de gases inertes., reduciendo los costos de producción.

La desventaja del método PCHM es la baja eficiencia eléctrica.. La similitud entre EBCHM y PCHM radica en su capacidad para eliminar el IDH y el IDL.. El primero es generalmente más adecuado para fundir titanio puro.; Para aleaciones, este último es más adecuado. Como el método VAR, Los dos métodos anteriores logran un control de automatización de procesos a gran escala., incluidos los parámetros del proceso (velocidad de fusión, Distribución de temperatura durante los procesos de fusión y solidificación., cambios en la composición durante la fusión, grado de eliminación de inclusiones insolubles, etc.) y calidad.

4. Método de fusión en crisol frío (Método CCM para abreviar)

En la década de 1980, La empresa estadounidense de ferrosilicio desarrolló una tecnología de fusión por inducción sin escoria., Impulsando el método CCM a aplicaciones de producción industrial para la producción de lingotes de titanio y piezas fundidas de precisión.. En los últimos años, en algunos países económicamente desarrollados, El método CCM ha comenzado a entrar en la escala de producción industrial., con un diámetro máximo de lingotes de 1 m y una longitud de 2 m, y sus perspectivas de desarrollo son notables. El proceso de fundición CCM se lleva a cabo en un crisol metálico compuesto por bloques en forma de arco o tubos de cobre no conductores, enfriados por agua.. La mayor ventaja de esta combinación es que el espacio entre cada dos bloques es un campo magnético mejorado., Y la fuerte agitación generada por el campo magnético hace que la composición química y la temperatura sean consistentes., mejorando así la calidad del producto. El método CCM combina las características del método VAR y la fusión por inducción de materiales refractarios en crisoles.. No requiere materiales refractarios ni electrodos para obtener lingotes de alta calidad, composición uniforme y sin contaminación del crisol en un solo proceso de fusión.. Comparado con el método VAR, El método CCM tiene las ventajas de un bajo costo de equipo y una fácil operación., pero desde la perspectiva actual, esta tecnología aún está en etapa de desarrollo.

5. Método de fusión de electroescoria (Método ESR para abreviar)

El método ESR convierte la energía eléctrica en energía térmica utilizando la colisión de partículas cargadas cuando la corriente pasa a través de escoria conductora.. El calor generado por la resistencia de la escoria se utiliza para fundir y refinar el material del horno.. El método ESR utiliza electrodos consumibles para la fusión de electroescoria en escoria no activa. (CaF2), que se puede fundir directamente en lingotes de la misma forma y tiene buena calidad superficial, Adecuado para procesamiento directo en el siguiente proceso.. Las ventajas de esta ley son:

(1) La coaxialidad completa del horno ESR garantiza la repetibilidad de los lingotes de la mejor calidad.;

(2) Cristalización axial de lingotes., con estructura densa y uniforme;

(3) Un sistema de pesaje de electrodos de alta precisión y un sistema de control de la tasa de fusión.;

(4) El equipo es simple y fácil de operar.. La desventaja es que no puede descargar la contaminación de la escoria en el lingote..