Teknologi dan prospek teknis peleburan bahan paduan titanium seperti batang titanium dan batang paduan titanium -2

1.3 Metode peleburan perapian dingin (disingkat metode CHM)

Cacat inklusi metalurgi pada titanium dan ingot paduan titanium yang disebabkan oleh polusi bahan baku dan proses peleburan yang tidak normal selalu mempengaruhi penerapanBatangan Titanium Kelas 5dan paduan titanium di bidang dirgantara. Untuk menghilangkan bagian berputar mesin pesawat paduan titanium Inklusi metalurgi, teknologi peleburan perapian dingin muncul. Fitur terbesar dari metode CHM adalah pemisahan proses peleburan, pemurnian dan pemadatan, yaitu muatan cair memasuki perapian untuk peleburan terlebih dahulu, kemudian memasuki area pemurnian perapian dingin untuk pemurnian, dan akhirnya memadat menjadi ingot di dalam. daerah kristalisasi.

Keuntungan signifikan dari teknologi CHM adalah ia dapat membentuk cangkang kondensat di dinding perapian yang dingin, dan "zona kental" -nya dapat menangkap inklusi berkepadatan tinggi (HDI) seperti WC, Mo, Ta, dll. waktu, di zona pemurnian, inklusi densitas rendah (HDI) Perpanjangan waktu tinggal partikel inklusi (LDI) dalam cairan bersuhu tinggi dapat memastikan pembubaran LDI secara menyeluruh, sehingga secara efektif menghilangkan cacat inklusi. Artinya. Mekanisme pemurnian peleburan perapian dingin dapat dibagi menjadi pemisahan berat jenis dan pemisahan peleburan.

1.3.1 Metode peleburan berkas elektron dengan perapian dingin (disingkat metode EBCHM) Peleburan berkas elektron (disingkat EB) adalah proses teknologi di mana energi elektron berkecepatan tinggi digunakan untuk membuat bahan itu sendiri menghasilkan panas untuk peleburan dan pemurnian. Tungku EB dengan perapian dingin disebut EBCHM. Metode EBCHM mempunyai fungsi-fungsi unggul yang tidak dimiliki oleh metode peleburan tradisional:

(1) Secara efektif menghilangkan inklusi kepadatan tinggi (HDI) dan titanium nitrida seperti tantalum, molibdenum, tungsten, dan tungsten karbida. Titanium oksida dan inklusi kepadatan rendah lainnya (LDI);

(2) Berbagai metode pemberian pakan dapat diterima, dan perolehan kembali residu titanium relatif mudah, yaitu bahan limbah yang tidak dapat digunakan dengan metode peleburan lain dapat digunakan, dan batangan titanium murni masih dapat diproduksi, yang sangat signifikan. mengurangi biaya produk;

(3) Dapat diambil sampelnya secara langsung dan dianalisis dari logam cair;

(4) Dapat menghasilkan ingot berbentuk khusus, mengurangi proses produksi, mengurangi konsumsi bahan baku, dan meningkatkan hasil; metode EBCHM juga memiliki kelemahan sebagai berikut:

(1) Peleburan perlu dilakukan dalam kondisi vakum tinggi, sehingga spons titanium dengan kandungan klorida tinggi tidak dapat langsung dilebur;

(2) Unsur paduan bersifat mudah menguap dan sulit dikendalikan komposisi kimianya.

1.3.2 Metode peleburan cold bed plasma (disebut metode PCHM)

Metode PCHM menggunakan busur plasma yang dihasilkan oleh ionisasi gas inert sebagai sumber panas, dan dapat menyelesaikan peleburan dalam rentang tekanan yang luas dari vakum rendah hingga mendekati tekanan atmosfer. Ciri yang menonjol dari metode ini adalah dapat menjamin komponen paduan dengan tekanan uap yang berbeda, dan tidak ada kehilangan pembakaran yang jelas selama proses peleburan, dan juga dapat menghilangkan cacat metalurgi pada HDI dan LDI.

Metode ini memiliki kemampuan untuk meningkatkan sifat logam tradisional Taiwan, dan dapat mewujudkan peleburan paduan yang terdiversifikasi. Ini adalah metode peleburan yang ekonomis dibandingkan dengan metode peleburan tradisional.

Dengan metode peleburan ini, untuk titanium dan paduan titanium, ingot yang ideal dapat diperoleh dalam satu kali peleburan.

Kelebihan metode PCHM modern adalah:

①Investasi peralatan rendah, mudah dioperasikan, aman dan andal;

② Bahan mentah dari berbagai jenis dan bentuk dapat digunakan, dan tingkat perolehan bahan sisa tinggi;

③Pastikan komposisi kimia dari paduan yang terdiversifikasi;

④ Mewujudkan pemulihan dan penggunaan kembali gas inert yang mahal, sehingga mengurangi biaya produksi. Kelemahan metode PCHM adalah efisiensi listriknya yang rendah.

EBCHM dan PCHM serupa karena keduanya dapat menghilangkan HDI dan LDI. Umumnya, yang pertama lebih cocok untuk peleburan titanium murni; sedangkan untuk paduan, yang terakhir lebih cocok.

Seperti metode VAR, kedua metode di atas mewujudkan berbagai kontrol otomatisasi proses, termasuk parameter proses (kecepatan peleburan, distribusi suhu selama peleburan dan pemadatan, perubahan komposisi selama peleburan, penghilangan inklusi yang tidak larut, dll.) dan kualitas.

1.4 Metode peleburan wadah dingin (disebut metode CCM)

Pada tahun 1980-an, Perusahaan Ferrosilikon Amerika mengembangkan proses peleburan induksi bebas terak dan mendorong metode CCM ke produksi industri untuk produksi ingot titanium dan pengecoran presisi titanium. Dalam beberapa tahun terakhir, di beberapa negara maju secara ekonomi, metode CCM sudah mulai memasuki industrialisasi. Skala produksi, diameter maksimum ingot adalah 1 m, panjang 2 m, dan prospek pengembangannya sangat mengesankan.

Proses peleburan metode CCM dilakukan dalam wadah logam yang terdiri dari balok busur atau tabung tembaga berpendingin air yang saling non-konduktif. Keuntungan terbesar dari kombinasi ini adalah celah antara masing-masing dua blok merupakan medan magnet yang ditingkatkan, dan medan magnet kuat yang dihasilkan Pengadukan membuat komposisi kimia dan suhu konsisten, sehingga meningkatkan kualitas produk.

Metode CCM menggabungkan karakteristik metode VAR dan peleburan induksi wadah bahan tahan api. Tidak memerlukan bahan tahan api dan tidak perlu membuat elektroda untuk mendapatkan ingot berkualitas tinggi dengan komposisi seragam dan tidak ada polusi wadah.

Dibandingkan dengan metode VAR, metode CCM memiliki keunggulan berupa biaya peralatan yang rendah dan pengoperasian yang mudah, namun teknologinya masih dalam tahap pengembangan saat ini.

1.5 Metode peleburan Electroslag (disebut metode ESR)

Metode ESR mengubah energi listrik menjadi energi panas dengan memanfaatkan tumbukan partikel bermuatan ketika arus melewati elektroslag konduktif. Artinya, muatan tersebut dicairkan dan dimurnikan oleh energi panas yang dihasilkan oleh hambatan terak. Metode ESR menggunakan elektroda habis pakai untuk melakukan peleburan electroslag menjadi terak tidak aktif (CaF2), yang dapat langsung dicairkan dan dituang menjadi batangan dengan bentuk yang sama, serta memiliki kualitas permukaan yang baik sehingga cocok untuk diolah langsung pada proses selanjutnya. Keuntungan dari metode ini adalah:

(1) Koaksialitas lengkap tungku ESR memastikan pengulangan ingot kualitas terbaik;

(2) Kristalisasi aksial ingot, struktur kompak dan seragam;

(3) Sistem penimbangan elektroda dan sistem kontrol laju leleh yang sangat presisi tinggi;

(4) Peralatannya sederhana dan mudah dioperasikan. Kerugiannya adalah pencemaran ingot oleh terak tidak dapat dihilangkan.

2. Analisis berbagai metode peleburan

Kualitas batangan titanium cor memiliki pengaruh yang menentukan terhadap struktur mikro dan sifat bahan yang diproses dingin dan panas selanjutnya. Kualitas ingot titanium dan paduan titanium terutama diukur dari aspek berikut:

① Apakah komposisi kimia dari berbagai bagian ingot seragam;

②Apakah pengotor utama (Fe, O, dll.) dikontrol dalam kisaran yang sesuai;

③Apakah terdapat cacat seperti inklusi, segregasi, pori-pori, retakan, rongga susut dan jeruk tipis di dalam ingot;

④ Apakah permukaan ingot halus, tanpa celah, dan ukuran penghilangan rongga penyusutan kepala.

Teknologi luar angkasa saat ini mengedepankan persyaratan kualitas yang lebih ketat untuk Titanium Bar Kelas 5 dan ingot paduan titanium. Selain pengendalian kualitas proses produksi yang ketat, peleburan ganda juga harus dilakukan, setidaknya salah satunya dilakukan dalam ruang hampa untuk mendapatkan ingot berkualitas tinggi. Hal ini mensyaratkan bahwa karakteristik setiap metode peleburan harus dimanfaatkan secara komprehensif untuk mewujudkan proses fisik metalurgi titanium dan paduan titanium, sehingga diperoleh batangan titanium dan paduan titanium berkualitas tinggi yang dapat direproduksi secara terus menerus dengan kinerja yang sangat baik.

3. Pandangan

Dari sudut pandang ekonomi, sebagai metode produksi utama, metode VAR akan terus menyediakan bahan titanium berkualitas tinggi untuk bidang penerbangan dan non-penerbangan, dan akan tetap menjadi metode ideal untuk peleburan titanium dan paduan titanium. Namun, masalah persiapan elektroda dan pembersihan ingot masih perlu diselesaikan. Metode NC terutama cocok untuk pemulihan dan peleburan muatan yang dikembalikan. Metode EBCHM dan PCHM dapat menghasilkan Titanium Bar dan titanium Kelas 5 dengan kualitas lebih tinggi untuk ruang angkasa dan bidang lainnya dengan keunggulan uniknya masing-masing. batangan paduan. Dalam waktu dekat, ini pasti akan menjadi bagian penting dari proses peleburan standar titanium. Metode CCM dan metode ESR masih perlu ditingkatkan dan disempurnakan lebih lanjut, sehingga memungkinkan untuk memasuki produksi skala industri.