I metodi di fusione delle leghe di titanio sono generalmente suddivisi in: 1. Metodo di fusione del forno ad arco consumabile sotto vuoto; 2. Metodo di fusione del forno ad arco sottovuoto non consumabile; 3. Metodo di fusione a focolare freddo; 4. Metodo di fusione a crogiolo freddo; 5. Cinque metodi di fusione delle scorie.
1. Metodo di fusione del forno ad arco consumabile sottovuoto (denominato metodo VAR)
Con lo sviluppo della tecnologia del vuoto e l'applicazione dei computer, il metodo VAR è diventato rapidamente una tecnologia di produzione industriale matura per il titanio e la maggior parte del titanio odierno e dei suoi lingotti in lega vengono prodotti utilizzando questo metodo. Le caratteristiche salienti del metodo VAR sono il basso consumo energetico, l'alto tasso di fusione e la buona riproducibilità della qualità. I lingotti fusi con il metodo VAR hanno una buona struttura cristallografica e una composizione chimica uniforme. Solitamente il lingotto finito si ottiene mediante fusione con il metodo VAR. Sono necessarie almeno due rifusioni. Nella produzione di lingotti di titanio con il metodo VAR, i processi utilizzati dai produttori di tutto il mondo sono sostanzialmente simili e la differenza sta nell'uso di diversi metodi e attrezzature per la preparazione degli elettrodi. La preparazione degli elettrodi può essere suddivisa in tre categorie, una è l'uso di elettrodi integrali che vengono continuamente pressati per porzioni, eliminando il processo di saldatura degli elettrodi; l'altro è la pressatura di elettrodi monopezzo, che vengono adattati e saldati in elettrodi consumabili. E attraverso la saldatura ad arco di argon al plasma o la saldatura sotto vuoto per saldare in uno; il terzo consiste nell'utilizzare altri metodi di fusione per preparare gli elettrodi fusi.
Caratteristiche tecniche e vantaggi dei moderni forni avanzati VAR:
(1) Pieno assorbimento di potenza coassiale, ovvero completa coassialità sull'altezza dell'intero corpo del forno, detta alimentazione coassiale', per ridurre il verificarsi di segregazioni;
(2) La calibrazione elettrica nel crogiolo può essere regolata con precisione sull'asse X/asse Y;
(3) Dispone di un accurato sistema di pesatura degli elettrodi e la velocità di fusione viene controllata automaticamente per ottenere una fusione a velocità costante. Qualità di fusione garantita;
(4) Garantire la ripetibilità e la coerenza di ciascuna fusione;
(5) Flessibilità, ovvero un forno può produrre una varietà di tipi di lingotti e lingotti su larga scala, che possono migliorare notevolmente la produttività;
(6) Ha una buona economia. Il metodo "alimentazione coassiale" può evitare la dispersione di polarizzazione magnetica causata dalla corrente di alimentazione sbilanciata del crogiolo. Attenuare o eliminare gli effetti negativi dei campi magnetici indotti sui prodotti di fusione. E l'efficienza elettrica è migliorata, ottenendo così lingotti con qualità stabile. Lo scopo della "fusione a velocità costante" è quello di migliorare la qualità del lingotto, attraverso il sistema di controllo elettronico avanzato e il sensore di peso per garantire la lunghezza dell'arco e la velocità di fusione costanti durante il processo di fusione, in modo da controllare il processo di solidificazione. Può prevenire efficacemente la segregazione e garantire la qualità intrinseca del lingotto. Oltre alle due caratteristiche di cui sopra, il moderno forno VAR per la fusione del titanio realizza anche il grande forno VAR. Il moderno forno VAR può fondere lingotti di grandi dimensioni con un diametro di 1,5 m e un peso di 32 t. Il metodo vAR è il metodo di fusione industriale standard per il titanio moderno e le leghe di titanio. Ci sono le seguenti tecnologie da risolvere. Innanzitutto, il metodo di preparazione degli elettrodi. Il processo di preparazione degli elettrodi è molto complicato. È necessario utilizzare una costosa pressa per pressare la spugna di titanio, la lega intermedia e il materiale residuo di ritorno in un elettrodo integrale o in un unico piccolo grilletto elettrico. Un singolo elettrodo deve anche essere saldato in un elettrodo consumabile. Allo stesso tempo, al fine di garantire l'uniformità della composizione dell'elettrodo consumabile, è anche necessario configurare le strutture corrispondenti come panno, pesatura e miscelazione. In secondo luogo, ci sono difetti metallurgici occasionali come la segregazione. Come la segregazione della composizione e la segregazione per solidificazione. www.lh-ti.com ha introdotto che il primo è dovuto alla distribuzione non uniforme di elementi di impurità o elementi di lega nell'elettrodo. Quest'ultimo è causato dall'introduzione occasionale di inclusioni ad alta densità (HDI) e inclusioni a bassa densità (LDI) nelle materie prime o nel processo e queste inclusioni non possono essere completamente dissolte durante il processo di fusione. Porta alla generazione di difetti metallurgici come inclusioni estremamente dannose.
2. Metodo di fusione del forno ad arco sottovuoto non consumabile (metodo Jian Mi NC)
Allo stato attuale, l'elettrodo di rame raffreddato ad acqua ha sostituito l'elettrodeposizione di tungsteno-torio o l'elettrodeposizione di grafite nella fase iniziale dell'industria del titanio, risolvendo il problema dell'inquinamento industriale, così che il metodo NC è diventato un metodo importante per la fusione di titanio e titanio oro. I forni NC sono già operativi in Europa e in America. Esistono due tipi di elettrodi di rame raffreddati ad acqua: uno è autorotante; l'altro è il campo magnetico rotante, il cui scopo è evitare che l'arco bruci l'elettrodo. I forni NC possono anche essere suddivisi in due tipi: uno è quello di fondere le materie prime in un crogiolo di rame raffreddato ad acqua e colare in lingotti in uno stampo di rame raffreddato ad acqua; l'altro è versare continuamente materie prime in un crogiolo di rame raffreddato ad acqua, annusare e solidificare. I vantaggi della fusione NC sono: 1. Il processo di pressatura degli elettrodi e saldatura degli elettrodi può essere omesso; 2. L'arco può rimanere a lungo sul materiale, migliorando così l'omogeneizzazione della composizione del lingotto; 3. Le materie prime di diverse forme e dimensioni possono essere utilizzate durante il processo di fusione, è anche possibile aggiungere il 100% di materiale residuo per realizzare il riciclaggio del titanio. Come processo di fusione, il metodo NC è piuttosto vantaggioso in termini di miglioramento del tasso di recupero dei materiali residui e riduzione dei costi. Di solito, i forni NC e i forni VAR vengono utilizzati in combinazione per sfruttare appieno i rispettivi vantaggi.
3. Metodo di fusione a focolare freddo (denominato metodo CHM)
I difetti di inclusione metallurgica dei lingotti di titanio e leghe di titanio causati dall'inquinamento delle materie prime e dall'anormale processo di fusione hanno sempre influito sull'applicazione del titanio e delle leghe di titanio in campo aerospaziale. Al fine di eliminare le inclusioni metallurgiche nelle parti rotanti dei motori aeronautici in lega di titanio, è nata la tecnologia di fusione a focolare freddo. La caratteristica principale del metodo CHM è la separazione dei processi di fusione, raffinazione e solidificazione, ovvero la carica fusa viene prima fusa dopo essere entrata nel focolare, quindi entra nella zona di raffinazione del focolare freddo per la raffinazione e infine solidifica in lingotti nella zona di cristallizzazione. Il vantaggio significativo della tecnologia CHM è che una crosta di condensa può formarsi sulla parete del letto del focolare freddo e la sua "zona viscosa" può catturare inclusioni ad alta densità (HDI) come WC, Mo, Ta, ecc. Al allo stesso tempo, nella zona di raffinazione, inclusioni a bassa densità Il tempo di residenza esteso delle particelle (LDI) nel liquido ad alta temperatura può garantire la completa dissoluzione dell'LDI, rimuovendo così efficacemente i difetti di inclusione. Vale a dire. Il meccanismo di purificazione della fusione a focolare freddo può essere suddiviso in due tipi: separazione per gravità e separazione per fusione.
3.1 Metodo di fusione a focolare freddo con fascio di elettroni (abbreviato EBCHM) La fusione con fascio di elettroni (abbreviato EB) è un processo in cui l'energia degli elettroni ad alta velocità viene utilizzata per fare in modo che il materiale stesso generi calore per la fusione e la raffinazione. Un forno EB con focolare freddo è chiamato EBCHM. Il metodo EBCHM ha funzioni eccellenti che il metodo di fusione tradizionale non ha:
(1) Rimuove efficacemente le inclusioni ad alta densità (HDI) come tantalio, molibdeno, tungsteno, carburo di tungsteno e nitruro di titanio. Inclusioni a bassa densità (LDI) come ossido di titanio;
(2) Può accettare una varietà di metodi di alimentazione e il recupero dei residui di titanio è relativamente facile, ovvero è possibile utilizzare scarti che non possono essere utilizzati con altri metodi di fusione e si possono ancora ottenere lingotti di titanio puro, il che riduce notevolmente il costo del prodotto;
(3) Può essere campionato direttamente dal liquido metallico per l'analisi e il test;
(4) Può produrre lingotti a forma speciale, ridurre il processo di produzione, ridurre il consumo di materie prime e migliorare la resa;
Il metodo EBCHM presenta anche i seguenti svantaggi:
(1) La fusione deve essere eseguita in condizioni di alto vuoto, quindi la spugna di titanio ad alto contenuto di cloruro non può essere utilizzata per la fusione diretta;
(2) Gli elementi di lega sono volatili e difficili da controllare la composizione chimica.
3.2 Metodo di fusione a letto freddo al plasma (denominato metodo PCHM)
Il metodo PCHM utilizza l'arco plasma generato dalla ionizzazione del gas inerte come fonte di calore e può completare la fusione in un ampio intervallo di pressioni dal basso vuoto alla pressione atmosferica vicina. La caratteristica notevole di questo metodo è che può garantire componenti in lega con diverse pressioni di vapore e non vi è alcuna differenza evidente nel processo di fusione. Questo metodo ha la capacità di migliorare le proprietà dei metalli tradizionali e può realizzare la fusione di leghe diversificate. È un metodo più economico rispetto ai metodi di fusione tradizionali. metodo di fusione. Usando questo metodo per la fusione, per titanio e leghe di titanio, si possono ottenere lingotti ideali in un'unica fusione. I vantaggi del moderno metodo PCHM sono:
①L'investimento in attrezzature è basso, facile da usare, sicuro e affidabile;
② È possibile utilizzare diversi tipi e forme di materie prime e il tasso di recupero dei materiali residui è elevato;
③ Garantire la composizione chimica delle leghe diversificate;
④ Realizzare un costoso recupero e riutilizzo del gas inerte, riducendo i costi di produzione. Lo svantaggio del metodo PCHM è la bassa efficienza elettrica. EBCHM e PCHM sono simili in quanto entrambi possono eliminare HDI e LDI. In generale, il primo è più adatto per la fusione del titanio puro; per le leghe, quest'ultima è più adatta. Come il metodo VAR, i due metodi precedenti realizzano un'ampia gamma di controllo dell'automazione del processo, inclusi i parametri di processo (velocità di fusione, distribuzione della temperatura durante la fusione e la solidificazione, cambiamenti nella composizione durante la fusione, grado di rimozione delle inclusioni insolubili, ecc.) e qualità . .
4. Metodo di fusione a crogiolo freddo (metodo CCM in breve)
Negli anni '80, l'American Ferrosilicon Company ha sviluppato il processo di fusione a induzione senza scorie e ha spinto il metodo CCM nelle applicazioni di produzione industriale per la produzione di lingotti di titanio e fusioni di titanio di precisione. Negli ultimi anni, in alcuni paesi economicamente sviluppati, il metodo CCM ha iniziato a entrare nella scala della produzione industriale. Il diametro massimo del lingotto è di 1 me la lunghezza è di 2 m e la sua prospettiva di sviluppo è accattivante. Il processo di fusione del metodo CCM viene eseguito in un crogiolo metallico che è una combinazione di blocchi ad arco raffreddati ad acqua o tubi di rame che non sono conduttivi tra loro. Il più grande vantaggio di questa combinazione è che lo spazio tra ogni due blocchi è un campo magnetico potenziato e viene generato un forte campo magnetico. L'agitazione allinea la composizione chimica e la temperatura, migliorando la qualità del prodotto. Il metodo CCM combina le caratteristiche del metodo VAR e la fusione ad induzione al crogiolo di materiali refrattari. Non richiede materiali refrattari o elettrodi per ottenere lingotti di alta qualità con composizione uniforme e nessun inquinamento del crogiolo. Rispetto al metodo VAR, il metodo CCM presenta i vantaggi di un basso costo dell'attrezzatura e di un funzionamento semplice, ma dal punto di vista attuale la tecnologia è ancora in fase di sviluppo.
5. Metodo di fusione dell'elettroscoria (denominato metodo ESR)
Il metodo ESR converte l'energia elettrica in energia termica sfruttando la collisione di particelle cariche quando una corrente elettrica passa attraverso l'elettroscoria conduttiva. Cioè, l'energia termica generata dalla resistenza delle scorie viene utilizzata per fondere e raffinare la carica. Il metodo ESR utilizza elettrodi consumabili per la fusione di elettroscorie in scorie inattive (CaF2), che possono essere colate direttamente in lingotti della stessa forma e hanno una buona qualità superficiale, che è adatta per la lavorazione diretta nel processo successivo. I vantaggi di questo metodo sono:
(1) La completa coassialità del forno ESR garantisce la ripetibilità dei lingotti della migliore qualità;
(2) Il lingotto è cristallizzato in direzione assiale e la struttura è densa e uniforme;
(3) Sistema di pesatura degli elettrodi e sistema di controllo della velocità di fusione ad altissima precisione;
(4) L'attrezzatura è semplice e l'operazione è conveniente. Lo svantaggio è che la contaminazione del lingotto da parte delle scorie non può essere drenata.
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