Pet uobičajenih metoda topljenja titanijumskih legura
Legure titana se široko koriste u raznim industrijama zbog svojih odličnih svojstava, kao što su visoki omjer čvrstoće i težine, otpornost na koroziju i biokompatibilnost. Međutim, visoka tačka topljenja titanijumskih legura predstavlja izazove u procesu obrade. Metode topljenja legure titana općenito se dijele na: 1. Metodu topljenja u elektrolučnoj peći s potrošnim vakuumom; 2. Metoda topljenja u vakuumskoj elektrolučnoj peći koja nije potrošna; 3. Metoda topljenja na hladnom ognjištu; 4. Metoda topljenja u hladnom loncu; 5. Metoda topljenja elektrošljake. Pet metoda.
1. Metoda topljenja u vakuumskoj potrošnoj elektrolučnoj peći (koja se naziva VAR metoda)
To je napredni metalurški proces koji se koristi za proizvodnju metala i legura visoke čistoće. Ova metoda se uglavnom koristi za poboljšanje čistoće i ujednačenosti materijala, a obično se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih specijalnih legura, aluminijskih legura i drugih metalnih materijala visoke potražnje. Razvojem vakuumske tehnologije i primjenom kompjutera, VAR metoda je brzo postala zrela tehnologija industrijske proizvodnje titana. Većina današnjeg titanijuma i ingota njegovih legura proizvodi se ovom metodom. Istaknute karakteristike VAR metode su niska potrošnja energije, visoka brzina topljenja i dobra ponovljivost. Ingot otopljen VAR metodom ima dobru kristalnu strukturu i ujednačen hemijski sastav. Obično se gotovi ingot treba rastopiti VAR metodom. Potrebna su najmanje dva pretapanja. VAR metoda se koristi za proizvodnju titanovih ingota. Procesi koje koriste proizvođači širom svijeta su u osnovi slični. Razlika je u korištenju različitih metoda i opreme za pripremu elektroda. Priprema elektroda može se podijeliti u tri glavne kategorije. Jedna je integralna elektroda koja se kontinuirano pritiska dodavanjem materijala u porcijama, eliminirajući proces zavarivanja elektroda; druga je jednodijelna elektroda koja je presovana i zavarena u potrošne elektrode. I zavareni zajedno kroz plazma argon zavarivanje ili vakuumsko zavarivanje; treće, koristiti druge metode topljenja za pripremu livenih elektroda.
Uz navedene dvije karakteristike, moderne VAR peći za topljenje titana realizovale su i veliku VAR peć. Moderne VAR peći mogu topiti velike ingote prečnika 1,5m i težine 32t.
VAR metoda je standardna industrijska metoda topljenja modernog titana i legura titana.
2. Metoda topljenja u vakuumskoj elektrolučnoj peći koja nije potrošna (Jianni NC metoda)
Vakuumsko okruženje Kao i potrošna elektrolučna peć, CNC metoda se također izvodi u vakuumskom okruženju. Usisavanjem zraka i plina u peći stvaraju se uvjeti visokog vakuuma kako bi se postepeno smanjila kontaminacija zraka i kisika i osigurala proizvodnja visokokvalitetnih legiranih materijala.
Elektrode U CNC mašinskoj obradi, elektrode koje se koriste su obično nepotrošne i obično su napravljene od volframa ili drugih materijala visoke tačke topljenja. Ove elektrode su stabilne i sposobne da izdrže visoku temperaturu i visokoenergetsko lučno pražnjenje bez trošenja.
Lučenje nastaje uvođenjem električne struje, obično pomoću dvije elektrode, stvarajući lučno pražnjenje. Ovaj luk je vrlo vruć i može zagrijati materijale na temperature iznad njihove tačke topljenja.
Topljenje materijala Pod dejstvom luka, materijal se zagreva na dovoljno visoku temperaturu da se zapali i topi. Budući da se koriste elektrode koje se ne mogu trošiti, same elektrode se ne troše i stoga se mogu koristiti kontinuirano.
Priprema legure: Nakon što se materijal otopi, potrebna legura se može pripremiti podešavanjem intenziteta luka, temperature u peći i sastava legure. Ovo čini NC metodu veoma pogodnom za pripremu legura sa visokom preciznošću i preciznom kontrolom sastava.
Kao jednokratno topljenje, NC metoda je prilično povoljna iz perspektive poboljšanja stope oporavka zaostalih materijala i smanjenja troškova. Obično se NC peći i VAR peći koriste zajedno kako bi se u potpunosti iskoristile njihove prednosti. NC metoda se obično koristi u istraživačkim laboratorijama i za pripremu specijalnih materijala jer pruža visok stepen kontrole materijala i fleksibilnost pripreme. Međutim, u poređenju sa potrošnim elektrolučnim pećima, troškovi opreme i rada NC metode su veći, pa se uglavnom koristi u aplikacijama koje zahtevaju visoku tačnost i preciznu kontrolu komponenti, kao što su vazduhoplovstvo, energija, elektronika itd.
3. Metoda topljenja hladnog ognjišta (skraćeno CHM metoda)
Defekti metalurške inkluzije u ingotima titanijuma i legura titanijuma uzrokovani kontaminacijom sirovina i abnormalnim procesima topljenja oduvek su uticali na primenu titana i legura titanijuma u vazduhoplovstvu. Da bi se eliminisale metalurške inkluzije u rotirajućim delovima motora aviona od legure titanijuma, nastala je tehnologija topljenja na hladnom ognjištu.
Najveća karakteristika CHM metode je razdvajanje procesa topljenja, rafiniranja i očvršćavanja, odnosno rastopljeno punjenje ulazi u hladno ložište i prvo se topi, zatim ulazi u područje rafiniranja hladnog ložišta radi rafiniranja i na kraju se stvrdnjava u ingoti u području kristalizacije. Značajna prednost CHM tehnologije je u tome što može formirati kondenzacionu ljusku na zidu hladnog ognjišta. Njegova "viskozna zona" može uhvatiti inkluzije visoke gustine (HDI) kao što su WC, Mo, Ta, itd. U isto vrijeme, u zoni rafiniranja, inkluzije niske gustine. temperaturne tečnosti mogu osigurati potpuno otapanje LDI, čime se efikasno uklanjaju defekti inkluzije. To će reći. Mehanizam prečišćavanja topljenja na hladnom ognjištu može se podijeliti na dva tipa: gravitacijsko odvajanje i odvajanje topljenjem.
4. Metoda topljenja u hladnom lončiću (naziva se CCM metoda)
Tokom 1980-ih, American Ferrosilicon Company razvila je proces indukcijskog topljenja bez troske i promovirala CCM metodu u primjene industrijske proizvodnje za proizvodnju titanovih ingota i preciznih odljevaka od titanijuma. Poslednjih godina, u nekim ekonomski razvijenim zemljama, CCM metoda je počela da ulazi u skale industrijske proizvodnje. Maksimalni prečnik ingota je 1 m, a dužina 2 m. Izgledi za njegov razvoj su privlačni. Proces topljenja CCM se izvodi u metalnom lončiću koji se sastoji od vodeno hlađenih blokova u obliku luka ili bakrenih cijevi koje su međusobno nevodljive. Najveća prednost ove kombinacije je u tome što je jaz između svaka dva bloka pojačano magnetsko polje, a snažno magnetsko polje generirano miješanjem dovodi kemijski sastav i temperaturu u konzistenciju, čime se poboljšava kvalitet proizvoda. CCM metoda kombinuje karakteristike VAR metode i indukcijskog topljenja vatrostalnih materijala u lončiću. Ne zahtijeva vatrostalne materijale i elektrode, a može dobiti visokokvalitetne ingote sa ujednačenim sastavom i bez kontaminacije lončića u jednom procesu topljenja. U usporedbi s VAR metodom, CCM metoda ima prednosti niske cijene opreme i jednostavnosti rada, ali trenutno je ova tehnologija još uvijek u fazi razvoja.
5. Metoda topljenja elektrošljake (skraćeno ESR metoda)
ESR metoda koristi sudar nabijenih čestica kada električna struja prolazi kroz vodljivu elektrozguru da bi se električna energija pretvorila u toplinsku energiju. To je proces topljenja i rafiniranja metala, koji se često koristi za topljenje i rafinaciju metala i legura visoke tačke topljenja, kao što su čelik, nikl, molibden, niobij, itd. rastopiti i rafinirati punjenje. ESR metoda koristi potrošne elektrode za topljenje elektrošljake u neaktivnoj zguri (CaF2). Može se direktno lijevati u ingote istog oblika i ima dobar kvalitet površine, što ga čini pogodnim za direktnu obradu u sljedećem procesu. Opći koraci metode topljenja elektrošljake:
Punjenje: Ubacivanje metala ili legure koja se treba topiti i rafinirati u peć. Ovi materijali se obično unose u peć u grudvama ili komadima.
Paljenje luka: Električni luk se stvara na vrhu peći pomoću dvije elektrode (obično ugljične elektrode). Visoka temperatura koju stvara luk zagrijava metal do njegove temperature topljenja.
Šljaka za elektroformiranje: Metalna šljaka koja formira višestruke dielektrične slojeve na metalnoj površini. Ova šljaka se sastoji od metalnih oksida i druge metalne troske, koja pluta na površini metala i sprečava dalju difuziju.
Prolazak struje: Propuštanje struje visokog intenziteta kroz otpor između metala i luka. Ovo će nastaviti da zagrijava metal, uzrokujući njegovo topljenje.
Oksidacija i rafiniranje: U elektrošljaci koja se formira na površini metala, oksidi i druge nečistoće reagiraju s metalom i uklanjaju se ili redukuju na željeni nivo. Ovo pomaže u rafiniranju metala do željenog nivoa
