Cinco métodos de fusão para ligas de titânio

Cinco métodos de fusão para ligas de titânio

Os métodos de fusão das ligas de titânio são geralmente divididos em: 1. Método de fusão em forno a arco consumível a vácuo; 2. Método de fusão em forno a arco a vácuo não consumível; 3. Método de fusão em leito de forno frio; 4. Método de fusão em cadinho frio; 5. Cinco métodos de fusão elétrica de escória.

1. Método de fusão em forno a arco consumível a vácuo (Método VAR para resumir)

Com o desenvolvimento da tecnologia de vácuo e a aplicação de computadores, O método VAR rapidamente se tornou uma tecnologia madura de produção industrial de titânio. Hoje, a grande maioria do titânio e seus lingotes de liga são produzidos usando este método. As características significativas do método VAR são o baixo consumo de energia, alta velocidade de fusão, e reprodutibilidade de boa qualidade. Os lingotes fundidos pelo método VAR possuem boa estrutura cristalina e composição química uniforme. Geralmente, os lingotes acabados devem ser fundidos pelo método VAR e submetidos a pelo menos dois processos de refusão. O método VAR é usado para produzir lingotes de titânio, e os processos utilizados pelos fabricantes em todo o mundo são basicamente semelhantes, com a diferença sendo o uso de diferentes métodos e equipamentos de preparação de eletrodos. A preparação do eletrodo pode ser dividida em três categorias: primeiro, usando eletrodos integrais que são pressionados continuamente pela adição de materiais em lotes, excluindo processos de soldagem por eletrodo; segundo, prensagem de eletrodo único e emenda em eletrodos consumíveis. E soldados juntos por soldagem a arco de argônio plasma ou soldagem a vácuo; A terceira é usar outros métodos de fusão para preparar eletrodos de fundição.

As características técnicas e vantagens dos modernos fornos VAR avançados:

(1) Entrada de energia coaxial completa, que se refere à coaxialidade completa de toda a altura do forno, é chamada de fonte de alimentação coaxial, reduzindo a ocorrência do fenômeno de segregação;

(2) A calibração elétrica dentro do cadinho pode ser ajustada na direção do eixo X/eixo Y;

(3) Equipado com um sistema preciso de pesagem de eletrodos, a taxa de fusão é controlada automaticamente, alcançando velocidade de fusão constante e garantindo qualidade de fusão;

(4) Garanta a repetibilidade e consistência de cada processo de fusão;

(5) Flexibilidade refere-se à capacidade de um forno produzir vários tipos de lingotes e à produção em larga escala de lingotes, que pode melhorar significativamente a produtividade;

(6) Tem boa viabilidade econômica. O “fonte de alimentação coaxial” O método pode evitar vazamento magnético causado pelo fornecimento de corrente desequilibrado ao cadinho, enfraquecer ou eliminar os efeitos adversos dos campos magnéticos induzidos nos produtos fundidos, e melhorar a eficiência elétrica, obtendo assim lingotes de qualidade estável. O propósito de “fusão em velocidade constante” é melhorar a qualidade dos lingotes, usando sistemas avançados de controle eletrônico e sensores de peso para garantir comprimento de arco e taxa de fusão constantes durante o processo de fusão, controlando assim o processo de solidificação. Pode prevenir eficazmente a segregação e garantir a qualidade intrínseca do lingote.

Além das duas características acima, os modernos fornos VAR para fusão de titânio também alcançaram a produção em larga escala de fornos VAR. Os modernos fornos VAR podem derreter lingotes grandes com diâmetro de 1,5m e peso de 32t.

O método VAR é um método de fusão industrial que é um padrão moderno para titânio e ligas de titânio.. Mas ainda existem as seguintes tecnologias que precisam ser abordadas:

Primeiramente, o método de preparação do eletrodo. O processo de preparação do eletrodo é muito complicado, exigindo o uso de prensas caras para comprimir titânio esponjoso, ligas intermediárias, e retornou materiais residuais em eletrodos integrais ou pequenas placas elétricas individuais. Eletrodos únicos também precisam ser soldados em eletrodos consumíveis. Ao mesmo tempo, a fim de garantir a uniformidade dos componentes consumíveis do eletrodo, instalações correspondentes, como tecido, pesagem, e mixagem precisam ser configurados.

Em segundo lugar, defeitos metalúrgicos ocasionais, como segregação, como segregação composicional e segregação de solidificação.

O primeiro é causado pela distribuição desigual de elementos de impureza ou elementos de liga no eletrodo, que solidifica antes de atingir a distribuição de equilíbrio durante a fusão; Este último é devido à introdução ocasional de inclusões de alta densidade (IDH) e inclusões de baixa densidade (LDI) nas matérias-primas ou no processo, que não pode ser completamente dissolvido durante o processo de fusão, resultando na produção de defeitos metalúrgicos altamente perigosos, como inclusões.

2. Método de fusão em forno a arco a vácuo não consumível (simplificado como método NC)

Atualmente, eletrodos de cobre resfriados a água substituíram o eletrodo de tungstênio, tório ou eletrodo de grafite no estágio inicial da indústria de titânio, resolvendo o problema da poluição industrial e tornando o método NC um método importante para fundir titânio e ligas de titânio. Vários fornos NC de toneladas têm operado na Europa e na América.

Existem dois tipos de eletrodos de cobre resfriados a água: um é auto-rotativo; Outro tipo é um campo magnético rotativo, que visa prevenir a queima dos eletrodos causada por arcos elétricos.

Os fornos NC também podem ser divididos em dois tipos: uma delas é derreter as matérias-primas em um cadinho de cobre resfriado a água e lançá-las em lingotes em um molde de cobre resfriado a água; Outro método é alimentar continuamente matérias-primas em um cadinho de cobre resfriado a água para fusão e solidificação..

As vantagens do método de fusão NC são: ① Pode eliminar os processos de prensagem de eletrodos e eletrodos de soldagem; ② Pode fazer com que o arco permaneça no material por um longo período de tempo, melhorando assim a uniformidade da composição do lingote; ③ Diferentes formatos e tamanhos de matérias-primas podem ser usados, e 100% materiais residuais podem ser adicionados durante o processo de fusão para alcançar a reciclagem de titânio.

O método NC, como um processo de fundição, é bastante vantajoso em termos de melhoria da taxa de recuperação de materiais residuais e redução de custos. Geralmente, Fornos NC e fornos VAR são usados ​​em conjunto para aproveitar totalmente suas respectivas vantagens.

3. Método de fusão em leito de forno frio (referido como método CHM)

Os defeitos de inclusão metalúrgica em lingotes de titânio e ligas de titânio causados ​​pela poluição de matérias-primas e processos de fusão anormais têm afetado a aplicação de titânio e ligas de titânio no campo aeroespacial. A fim de eliminar inclusões metalúrgicas em peças rotativas de motores de aeronaves em liga de titânio, tecnologia de fusão a frio foi introduzida.

A maior característica do método CHM é a separação do material fundido, refinar, e processos de solidificação. Aquilo é, o material derretido do forno entra no leito do forno Ling para derreter primeiro, entra então na zona de refino do leito do forno frio para refino, e finalmente solidifica em lingotes na zona de cristalização. A vantagem significativa da tecnologia CHM é que ela pode formar um invólucro condensado na parede do leito do forno frio, e seu “zona viscosa” pode capturar inclusões de alta densidade (IDH) como WC, Mo, Enfrentando, etc.. Ao mesmo tempo, na zona de precisão, o tempo de residência de inclusões de baixa densidade (LDI) partículas em líquido de alta temperatura é prolongada, que pode garantir a dissolução completa do LDI e remover efetivamente defeitos de inclusão. Isso quer dizer, o mecanismo de purificação da fusão do leito do forno frio pode ser dividido em dois tipos: separação por gravidade específica e separação por fusão.

3.1 Fusão de leito frio por feixe de elétrons (EBCHM) Fusão por feixe de elétrons (BE) é um processo que utiliza a energia de elétrons de alta velocidade para gerar calor no próprio material para fusão e refino. O forno EB com leito de forno frio é denominado EBCHM. O método EBCHM possui excelentes funções que os métodos tradicionais de fusão não possuem:

(1) Remova efetivamente inclusões de alta densidade (IDH) como o tântalo, molibdênio, tungstênio, carboneto de tungstênio, e nitreto de titânio. Inclusões de baixa densidade (LDI) como óxido de titânio;

(2) Vários métodos de alimentação são aceitáveis, e a recuperação de resíduos de titânio é relativamente fácil. Mesmo que materiais residuais que não podem ser usados ​​por outros métodos de fundição possam ser usados, lingotes de titânio puro ainda podem ser produzidos, reduzindo muito o custo do produto;

(3) Pode ser amostrado diretamente, analisado, e testado em metal líquido;

(4) Pode produzir lingotes de formato irregular, reduzir processos de produção, menor consumo de matéria-prima, e melhorar o rendimento do produto;

O método EBCHM também tem as seguintes desvantagens:

(1) A fusão precisa ser realizada sob condições de alto vácuo, então o titânio esponjoso com alto teor de cloreto não pode ser derretido diretamente;

(2) Os elementos de liga são voláteis e difíceis de controlar em sua composição química.

3.2 Método de fusão em leito frio de plasma (Método de tubo PCHM)

O método PCHM utiliza o arco plasma gerado pela ionização de gás inerte como fonte de calor, e pode completar a fusão em uma ampla faixa de pressão, desde baixo vácuo até quase a pressão atmosférica. A característica significativa deste método é que ele pode garantir a composição de ligas com diferentes pressões de vapor., e não há diferença óbvia durante o processo de fusão. Este método tem a capacidade de fornecer melhores propriedades de metal de mesa tradicional e pode atingir a fusão de ligas diversificadas. É um método de fusão econômico em comparação com os métodos de fusão tradicionais. Usando este método para derreter, lingotes ideais podem ser obtidos em um processo de fusão para titânio e ligas de titânio. As vantagens do método PCHM moderno são:

① Baixo investimento em equipamentos, operação fácil, seguro e confiável;

② Diferentes tipos e formas de matérias-primas podem ser usados, com alta taxa de recuperação de material residual;

③ Garantir a composição química de ligas diversificadas;

④ A cara reciclagem e reutilização de gases inertes foram alcançadas, reduzindo custos de produção.

A desvantagem do método PCHM é a baixa eficiência elétrica. A semelhança entre EBCHM e PCHM reside na sua capacidade de eliminar o IDH e o LDI. O primeiro é geralmente mais adequado para fundir titânio puro; Para ligas, o último é mais adequado. Como o método VAR, os dois métodos acima alcançam controle de automação de processos em larga escala, incluindo parâmetros de processo (velocidade de fusão, distribuição de temperatura durante os processos de fusão e solidificação, mudanças na composição durante a fusão, grau de remoção de inclusões insolúveis, etc.) e qualidade.

4. Método de fusão em cadinho frio (Método CCM para abreviar)

Na década de 1980, a empresa americana de ferrossilício desenvolveu tecnologia de fusão por indução sem escória, levando o método CCM para aplicações de produção industrial para a produção de lingotes de titânio e peças fundidas de precisão. Nos últimos anos, em alguns países economicamente desenvolvidos, o método CCM começou a entrar na escala de produção industrial, com o diâmetro máximo dos lingotes sendo 1m e o comprimento sendo 2m, e as suas perspectivas de desenvolvimento são notáveis. O processo de fundição CCM é realizado em um cadinho de metal composto por blocos em forma de arco não condutores resfriados a água ou tubos de cobre. A maior vantagem desta combinação é que a lacuna entre cada dois blocos é um campo magnético aprimorado, e a forte agitação gerada pelo campo magnético torna a composição química e a temperatura consistentes, melhorando assim a qualidade do produto. O método CCM combina as características do método VAR e da fusão por indução de materiais refratários em cadinhos. Não requer materiais refratários ou eletrodos para obter lingotes de alta qualidade com composição uniforme e sem contaminação do cadinho em um único processo de fusão. Comparado com o método VAR, O método CCM tem as vantagens de baixo custo de equipamento e fácil operação, mas da perspectiva atual, esta tecnologia ainda está em fase de desenvolvimento.

5. Método de fusão por eletroescória (Método ESR para abreviar)

O método ESR converte energia elétrica em energia térmica utilizando a colisão de partículas carregadas quando a corrente passa através da escória condutora. O calor gerado pela resistência da escória é utilizado para derreter e refinar o material do forno. O método ESR utiliza eletrodos consumíveis para fusão por eletroescória em escória não ativa (CaF2), que pode ser fundido diretamente em lingotes do mesmo formato e tem boa qualidade de superfície, adequado para processamento direto no próximo processo. As vantagens desta lei são:

(1) A coaxialidade completa do forno ESR garante a repetibilidade dos lingotes da melhor qualidade;

(2) Cristalização axial de lingotes, com estrutura densa e uniforme;

(3) Um sistema de pesagem de eletrodos altamente preciso e sistema de controle de taxa de fusão;

(4) O equipamento é simples e fácil de operar. A desvantagem é que não pode descarregar a poluição da escória no lingote.