Пять способов плавки титановых сплавов

Пять способов плавки титановых сплавов

Способы плавки титановых сплавов обычно делятся на: 1. Метод плавки в вакуумной дуговой печи; 2. Неплавящийся метод плавки в вакуумно-дуговой печи; 3. Метод плавки в холодном слое печи; 4. Метод плавки в холодном тигле; 5. Пять способов электрошлаковой плавки.

1. Метод плавки в вакуумной дуговой печи (Метод VAR для краткости)

С развитием вакуумной техники и применением компьютеров, Метод VAR быстро стал зрелой технологией промышленного производства титана.. Сегодня, подавляющее большинство слитков титана и его сплавов производится этим методом.. Важными характеристиками метода VAR являются низкое энергопотребление., высокая скорость плавления, и хорошая качественная воспроизводимость. Слитки, выплавленные методом ВДП, имеют хорошую кристаллическую структуру и однородный химический состав.. Обычно, готовые слитки должны быть переплавлены методом ВДП и пройти не менее двух процессов переплавки.. Метод VAR используется для производства титановых слитков., и процессы, используемые производителями по всему миру, в основном схожи, с той разницей, что используются разные методы и оборудование для подготовки электродов.. Подготовку электродов можно разделить на три категории.: первый, использование встроенных электродов, которые непрерывно сжимаются путем добавления материалов партиями, исключая процессы электродной сварки; второй, одноэлектродное прессование и сварка в плавящиеся электроды. И сварены плазменной аргонодуговой сваркой или вакуумной сваркой.; Третий – использовать другие способы плавки для приготовления литейных электродов..

Технические характеристики и преимущества современных усовершенствованных ВАР-печей:

(1) Полная коаксиальная входная мощность, что означает полную соосность всей высоты печи, называется коаксиальным источником питания, уменьшение возникновения явления сегрегации;

(2) Электрическую калибровку внутри тигля можно точно настроить в направлении оси X/Y.;

(3) Оснащен точной системой взвешивания электродов., скорость плавления контролируется автоматически, достижение постоянной скорости плавления и обеспечение качества плавки;

(4) Обеспечьте повторяемость и последовательность каждого процесса плавки.;

(5) Гибкость означает способность одной печи производить слитки нескольких типов и крупномасштабное производство слитков., что может значительно повысить производительность;

(6) Имеет хорошую экономическую жизнеспособность. The “коаксиальный источник питания” метод позволяет избежать магнитной утечки, вызванной несбалансированной подачей тока в тигель., ослабить или устранить неблагоприятное воздействие наведенных магнитных полей на расплавляемые изделия, и повысить электрическую эффективность, тем самым получая слитки стабильного качества. Цель “плавление с постоянной скоростью” заключается в улучшении качества слитков, за счет использования передовых электронных систем управления и датчиков веса для обеспечения постоянной длины дуги и скорости плавления в процессе плавки., тем самым контролируя процесс затвердевания. Он может эффективно предотвратить сегрегацию и обеспечить внутреннее качество слитка..

Помимо двух вышеуказанных характеристик, современные ВАР-печи для плавки титана также достигли масштабного производства ВАР-печей. Современные печи ВАР позволяют плавить крупные слитки диаметром 1,5 м и весом 32 т..

Метод ВАР – промышленный метод плавки, являющийся современным стандартом для титана и титановых сплавов.. Но есть еще следующие технологии, которые необходимо рассмотреть.:

Во-первых, метод подготовки электродов. Процесс подготовки электродов очень сложен., требующие использования дорогих прессов для прессования губчатого титана, промежуточные сплавы, и возвращали остатки материалов в цельные электроды или отдельные небольшие электрические пластины.. Одиночные электроды также необходимо вваривать в плавящиеся электроды.. В то же время, для обеспечения однородности компонентов расходуемых электродов., соответствующие средства, такие как ткань, взвешивание, и микширование необходимо настроить.

Во-вторых, случайные металлургические дефекты, такие как сегрегация, такие как композиционная сегрегация и сегрегация затвердевания.

Первое вызвано неравномерным распределением примесных или легирующих элементов в электроде., который затвердевает до достижения равновесного распределения при плавлении; Последнее связано с периодическим введением включений высокой плотности. (ИЧР) и включения низкой плотности (ЛДИ) в сырье или процесс, которые не могут быть полностью растворены в процессе плавления, что приводит к образованию особо опасных металлургических дефектов, таких как включения.

2. Неплавящийся метод плавки в вакуумно-дуговой печи (упрощено как метод ЧПУ)

В настоящий момент, медные электроды с водяным охлаждением заменили вольфрамовые ториевые или графитовые электроды на начальном этапе титановой промышленности., решение проблемы промышленного загрязнения и превращение метода NC в важный метод плавки титана и титановых сплавов.. Многотонные печи NC работают в Европе и Америке..

Существует два типа медных электродов с водяным охлаждением.: один самовращающийся; Другой тип — вращающееся магнитное поле., Целью которого является предотвращение перегорания электродов, вызванного электрической дугой..

Печи NC также можно разделить на два типа.: один из них заключается в плавлении сырья в медном тигле с водяным охлаждением и отливке его в слитки в медной форме с водяным охлаждением.; Другой метод заключается в непрерывной подаче сырья в медный тигель с водяным охлаждением для плавления и затвердевания..

Преимущества метода плавления NC:: ① Позволяет исключить процессы прессования и сварки электродов.; ② Позволяет дуге оставаться на материале в течение более длительного периода времени., тем самым улучшая однородность состава слитка; ③ Можно использовать различные формы и размеры сырья., и 100% остаточные материалы могут быть добавлены в процессе плавки для достижения вторичной переработки титана..

Метод ЧПУ, как процесс плавки, является весьма выгодным с точки зрения улучшения степени восстановления остаточных материалов и снижения затрат.. Обычно, Печи NC и печи VAR используются совместно, чтобы в полной мере использовать их соответствующие преимущества..

3. Метод плавки в холодном слое печи (называется методом CHM)

Дефекты металлургических включений в слитках титана и титановых сплавов, вызванные загрязнением сырья и аномальными процессами плавления, влияют на применение титана и титановых сплавов в аэрокосмической области.. С целью устранения металлургических включений во вращающихся частях авиационных двигателей из титановых сплавов., внедрена технология плавки с холодным подом.

Самой большой особенностью метода CHM является разделение плавления., переработка, и процессы затвердевания. То есть, расплавленный материал печи сначала поступает в печь Лин для плавки, затем поступает в зону рафинирования холодного слоя печи для рафинирования, и окончательно затвердевает в слитки в зоне кристаллизации. Существенным преимуществом технологии CHM является то, что она может образовывать конденсированную оболочку на стенке холодной постели печи., и его “вязкая зона” может захватывать включения высокой плотности (ИЧР) например, туалет, Мо, Облицовка, и т. д.. В то же время, в зоне точности, время пребывания включений низкой плотности (ЛДИ) частицы в высокотемпературной жидкости продлеваются, который может обеспечить полное растворение ЛДИ и эффективно удалить дефекты включения. То есть, Механизм очистки холодной плавки слоя печи можно разделить на два типа: разделение по удельному весу и разделение по плавлению.

3.1 Электронно-лучевая плавка в холодном слое (ЭБЧМ) Электронно-лучевая плавка (ЭБ) это процесс, в котором используется энергия высокоскоростных электронов для выработки тепла в самом материале для плавления и рафинирования.. ЭБ-печь с холодным слоем называется ЭПХМ.. Метод EBCHM обладает превосходными функциями, которыми не обладают традиционные методы плавки.:

(1) Эффективно удаляет включения высокой плотности. (ИЧР) например, тантал, молибден, вольфрам, карбид вольфрама, и нитрид титана. Включения низкой плотности (ЛДИ) например, оксид титана;

(2) Допускаются несколько способов кормления., и восстановление остатков титана относительно легко. Даже если можно использовать отходы, которые невозможно использовать другими методами плавки., слитки чистого титана все еще можно производить, значительно снижает стоимость продукта;

(3) Его можно напрямую попробовать, проанализировано, и протестировано из жидкого металла;

(4) Может производить слитки неправильной формы., сократить производственные процессы, меньший расход сырья, и повысить выход продукции;

Метод EBCHM также имеет следующие недостатки.:

(1) Плавка должна проводиться в условиях высокого вакуума., поэтому губчатый титан с высоким содержанием хлоридов нельзя плавить напрямую.;

(2) Элементы сплавов летучи и их химический состав трудно контролировать..

3.2 Метод плазменной плавки в холодном слое (Метод трубки PCHM)

Метод PCHM использует плазменную дугу, генерируемую ионизацией инертного газа, в качестве источника тепла., и может завершить плавление в широком диапазоне давлений: от низкого вакуума до давления, близкого к атмосферному.. Существенной особенностью этого метода является то, что он позволяет обеспечить состав сплавов с разным давлением паров., и нет очевидной разницы в процессе плавления. Этот метод способен обеспечить улучшенные свойства традиционного столового металла и обеспечить плавку разнообразных сплавов.. Это экономичный метод плавки по сравнению с традиционными методами плавки.. Используя этот метод плавления, идеальные слитки можно получить за один процесс плавки титана и титановых сплавов. Преимущества современного метода ПЧМ::

① Низкие инвестиции в оборудование, простота в эксплуатации, безопасный и надежный;

② Могут использоваться различные типы и формы сырья., с высокой степенью извлечения остаточного материала;

③ Обеспечить химический состав разнообразных сплавов.;

④ Достигнута дорогостоящая переработка и повторное использование инертных газов., сокращение производственных затрат.

Недостатком метода ПЧМ является низкий электрический КПД.. Сходство между EBCHM и PCHM заключается в их способности устранять HDI и LDI.. Первый обычно больше подходит для плавки чистого титана.; Для сплавов, последний больше подходит. Как и метод VAR, два вышеупомянутых метода обеспечивают крупномасштабное управление автоматизацией процессов., включая параметры процесса (скорость плавления, Распределение температуры в процессах плавления и затвердевания, изменение состава при плавлении, степень удаления нерастворимых включений, и т. д.) и качество.

4. Метод плавки в холодном тигле (Метод CCM для краткости)

В 1980-е годы, Американская компания по производству ферросилиция разработала технологию бесшлаковой индукционной плавки, внедрение метода МНЛЗ в промышленное производство для производства титановых слитков и прецизионного литья. В последние годы, в некоторых экономически развитых странах, метод ККМ начал выходить в масштабы промышленного производства, при максимальном диаметре слитков 1м и длине 2м., и перспективы его развития замечательны. Процесс плавки МНЛЗ осуществляется в металлическом тигле, состоящем из непроводящих водоохлаждаемых дугообразных блоков или медных трубок.. Самым большим преимуществом этой комбинации является то, что зазор между каждыми двумя блоками создает усиленное магнитное поле., а сильное перемешивание, создаваемое магнитным полем, обеспечивает согласованность химического состава и температуры., тем самым улучшая качество продукции. Метод МНЛЗ сочетает в себе особенности метода ВАР и индукционной плавки тугоплавких материалов в тиглях.. Для получения качественных слитков с однородным составом и отсутствием загрязнения тигля за один процесс плавки не требуются огнеупорные материалы и электроды.. По сравнению с методом VAR, Метод CCM имеет преимущества низкой стоимости оборудования и простоты эксплуатации., но с нынешней точки зрения, эта технология все еще находится на стадии разработки.

5. Метод электрошлаковой плавки (Кратковременный метод СОЭ)

Метод ЭПР преобразует электрическую энергию в тепловую, используя столкновение заряженных частиц при прохождении тока через проводящий шлак.. Тепло, выделяемое сопротивлением шлака, используется для плавления и очистки материала печи.. В методе ЭШП используются плавящиеся электроды для электрошлаковой плавки в неактивном шлаке. (СаF2), который может быть непосредственно переплавлен в слитки одинаковой формы и имеет хорошее качество поверхности., подходит для прямой обработки в следующем процессе. Плюсы этого закона заключаются в том, что:

(1) Полная соосность печи ЭШП обеспечивает повторяемость слитков наилучшего качества.;

(2) Осевая кристаллизация слитков, с плотной и однородной структурой;

(3) Высокоточная система взвешивания электродов и система контроля скорости плавления.;

(4) Оборудование простое и удобное в эксплуатации. Недостатком является то, что он не может удалять загрязнения шлака со слитка..