Triển vọng công nghệ và kỹ thuật nấu chảy vật liệu hợp kim titan như thanh titan và thanh hợp kim titan -2

1.3 Phương pháp nấu chảy lò nguội (viết tắt là phương pháp CHM)

Các khuyết tật bao gồm luyện kim của thỏi titan và hợp kim titan do ô nhiễm nguyên liệu thô và quá trình nấu chảy bất thường luôn ảnh hưởng đến việc áp dụngThanh Titan lớp 5và hợp kim titan trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Để loại bỏ các bộ phận quay của động cơ máy bay bằng hợp kim titan. Các tạp chất luyện kim, công nghệ luyện lò sưởi lạnh đã ra đời. Đặc điểm lớn nhất của phương pháp CHM là tách biệt các quá trình nấu chảy, tinh chế và hóa rắn, nghĩa là điện tích nóng chảy đi vào lò nung để nấu chảy trước, sau đó đi vào khu vực tinh luyện của lò sưởi lạnh để tinh chế và cuối cùng đông cứng lại thành các thỏi trong vùng kết tinh.

Ưu điểm đáng kể của công nghệ CHM là nó có thể tạo thành lớp vỏ ngưng tụ trên thành của lò sưởi lạnh và "vùng nhớt" của nó có thể thu giữ các tạp chất mật độ cao (HDI) như WC, Mo, Ta, v.v. thời gian, trong vùng tinh chế, các tạp chất mật độ thấp (HDI) Thời gian lưu trú kéo dài của các hạt tạp chất (LDI) trong chất lỏng ở nhiệt độ cao có thể đảm bảo sự hòa tan hoàn toàn LDI, từ đó loại bỏ hiệu quả các khuyết tật bao gồm. Đó là để nói. Cơ chế thanh lọc của lò luyện nguội có thể được chia thành tách trọng lượng riêng và tách nóng chảy.

1.3.1 Phương pháp nung chảy bằng chùm tia điện tử (viết tắt là phương pháp EBCHM) Phương pháp nấu chảy bằng chùm tia điện tử (viết tắt là EB) là một quá trình công nghệ trong đó năng lượng của các electron tốc độ cao được sử dụng để làm cho vật liệu tự sinh nhiệt để nấu chảy và tinh chế. Lò EB có lò sưởi nguội được gọi là EBCHM. Phương pháp EBCHM có những chức năng ưu việt mà phương pháp nấu chảy truyền thống không có:

(1) Loại bỏ hiệu quả các tạp chất mật độ cao (HDI) và titan nitrit như tantalum, molypden, vonfram và cacbua vonfram. Oxit titan và các tạp chất mật độ thấp khác (LDI);

(2) Có thể chấp nhận nhiều phương pháp cho ăn khác nhau và việc thu hồi cặn titan tương đối dễ dàng, nghĩa là có thể sử dụng các vật liệu thải không thể sử dụng bằng các phương pháp nấu chảy khác và vẫn có thể sản xuất các thỏi titan nguyên chất, điều này rất lớn giảm giá thành sản phẩm;

(3) Nó có thể được lấy mẫu và phân tích trực tiếp từ kim loại nóng chảy;

(4) Nó có thể sản xuất các thỏi có hình dạng đặc biệt, giảm quy trình sản xuất, giảm tiêu thụ nguyên liệu thô và tăng năng suất; Phương pháp EBCHM cũng có những nhược điểm sau:

(1) Quá trình nấu chảy cần được thực hiện trong điều kiện chân không cao, do đó không thể nung chảy trực tiếp miếng bọt biển titan có hàm lượng clorua cao;

(2) Các nguyên tố hợp kim dễ bay hơi và khó kiểm soát thành phần hóa học.

1.3.2 Phương pháp nấu chảy bằng plasma lạnh (gọi là phương pháp PCHM)

Phương pháp PCHM sử dụng hồ quang plasma được tạo ra bởi quá trình ion hóa khí trơ làm nguồn nhiệt và có thể nóng chảy hoàn toàn trong phạm vi áp suất rộng từ chân không thấp đến áp suất gần khí quyển. Đặc điểm nổi bật của phương pháp này là nó có thể đảm bảo các thành phần hợp kim có áp suất hơi khác nhau và không có sự mất mát do cháy rõ ràng trong quá trình nấu chảy, đồng thời nó cũng có thể loại bỏ các khuyết tật luyện kim của HDI và LDI.

Phương pháp này có khả năng cải thiện tính chất của kim loại truyền thống của Đài Loan và có thể nấu chảy các hợp kim đa dạng. Đây là một phương pháp nấu chảy kinh tế so với các phương pháp nấu chảy truyền thống.

Với phương pháp nấu chảy này, đối với titan và hợp kim titan, có thể thu được một thỏi lý tưởng chỉ sau một lần nấu chảy.

Ưu điểm của phương pháp PCHM hiện đại là:

①Đầu tư thiết bị thấp, dễ vận hành, an toàn và đáng tin cậy;

② Có thể sử dụng nhiều loại và dạng nguyên liệu thô khác nhau, tỷ lệ thu hồi nguyên liệu còn sót lại cao;

③Đảm bảo thành phần hóa học của hợp kim đa dạng;

④ Thực hiện việc thu hồi và tái sử dụng khí trơ đắt tiền, giảm chi phí sản xuất. Nhược điểm của phương pháp PCHM là hiệu suất điện thấp.

EBCHM và PCHM giống nhau ở chỗ cả hai đều có thể loại bỏ HDI và LDI. Nói chung, cái trước thích hợp hơn để nấu chảy titan nguyên chất; trong khi đối với hợp kim thì hợp kim sau phù hợp hơn.

Giống như phương pháp VAR, hai phương pháp trên thực hiện nhiều biện pháp kiểm soát tự động hóa quy trình, bao gồm các thông số quy trình (tốc độ nấu chảy, phân bổ nhiệt độ trong quá trình nấu chảy và hóa rắn, thay đổi thành phần trong quá trình nấu chảy, loại bỏ các tạp chất không hòa tan, v.v.) và chất lượng.

1.4 Phương pháp nấu chảy bằng nồi nấu nguội (gọi tắt là phương pháp CCM)

Vào những năm 1980, Công ty Ferrosilicon của Mỹ đã phát triển quy trình nấu chảy cảm ứng không xỉ và đưa phương pháp CCM vào sản xuất công nghiệp để sản xuất thỏi titan và vật đúc chính xác bằng titan. Trong những năm gần đây, ở một số nước phát triển về kinh tế, phương pháp CCM đã bắt đầu bước vào công nghiệp hóa. Quy mô sản xuất, đường kính phôi tối đa là 1 m, chiều dài 2 m và triển vọng phát triển của nó rất ấn tượng.

Quá trình nấu chảy của phương pháp CCM được thực hiện trong nồi nấu kim loại bao gồm các khối hồ quang hoặc ống đồng làm mát bằng nước không dẫn điện lẫn nhau. Ưu điểm lớn nhất của sự kết hợp này là khoảng cách giữa hai khối là từ trường được tăng cường và từ trường mạnh được tạo ra Khuấy làm cho thành phần hóa học và nhiệt độ ổn định, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm.

Phương pháp CCM kết hợp các đặc tính của phương pháp VAR và quá trình nấu chảy cảm ứng bằng nồi nấu kim loại của vật liệu chịu lửa. Nó không yêu cầu vật liệu chịu lửa và không cần chế tạo điện cực để thu được các thỏi chất lượng cao với thành phần đồng nhất và không gây ô nhiễm nồi nấu kim loại.

So với phương pháp VAR, phương pháp CCM có ưu điểm là giá thành thiết bị thấp, vận hành dễ dàng nhưng hiện tại công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển.

1.5 Phương pháp luyện bằng điện xỉ (gọi tắt là phương pháp ESR)

Phương pháp ESR chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt bằng cách tận dụng sự va chạm của các hạt tích điện khi dòng điện đi qua xỉ điện dẫn điện. Nghĩa là, điện tích được nấu chảy và tinh chế nhờ năng lượng nhiệt được tạo ra bởi lực cản của xỉ. Phương pháp ESR sử dụng các điện cực tiêu hao để tiến hành nấu chảy xỉ điện thành xỉ không hoạt động (CaF2), có thể nấu chảy trực tiếp và đúc thành các thỏi có cùng hình dạng, có chất lượng bề mặt tốt, thích hợp cho việc gia công trực tiếp trong quy trình tiếp theo. Ưu điểm của phương pháp này là:

(1) Tính đồng trục hoàn toàn của lò ESR đảm bảo khả năng lặp lại của phôi chất lượng tốt nhất;

(2) Sự kết tinh dọc trục của phôi, cấu trúc nhỏ gọn và đồng nhất;

(3) Hệ thống cân điện cực có độ chính xác cực cao và hệ thống kiểm soát tốc độ nóng chảy;

(4) Thiết bị đơn giản và dễ vận hành. Nhược điểm là không thể loại bỏ được sự ô nhiễm của xỉ do xỉ.

2. Phân tích các phương pháp nấu chảy khác nhau

Chất lượng của thỏi titan đúc có ảnh hưởng quyết định đến cấu trúc vi mô và tính chất của vật liệu được xử lý nóng và lạnh tiếp theo. Chất lượng của thỏi titan và hợp kim titan chủ yếu được đo lường từ các khía cạnh sau:

① Thành phần hóa học của các phần khác nhau của phôi có đồng nhất hay không;

②Liệu các tạp chất chính (Fe, O, v.v.) có được kiểm soát trong phạm vi thích hợp hay không;

③Liệu có các khuyết tật như vùi, phân tách, lỗ chân lông, vết nứt, khoang co ngót và cam thưa thớt bên trong phôi hay không;

④ Bề mặt của phôi có nhẵn, không có khe hở và kích thước của khoang co ngót đầu bị loại bỏ.

Công nghệ hàng không vũ trụ ngày nay đặt ra các yêu cầu chất lượng khắt khe hơn đối với Thanh Titan Cấp 5 và các thỏi hợp kim titan. Ngoài việc kiểm soát chặt chẽ chất lượng của quá trình sản xuất, nên sử dụng nhiều phương pháp nấu chảy, ít nhất một trong số đó được thực hiện trong chân không để thu được thỏi chất lượng cao. Điều này đòi hỏi các đặc tính của từng phương pháp nấu chảy phải được tận dụng một cách toàn diện để hiện thực hóa quy trình luyện kim vật lý của hợp kim titan và titan, để thu được các thỏi hợp kim titan và titan chất lượng cao có thể tái sản xuất liên tục với hiệu suất tuyệt vời.

3. Triển vọng

Từ quan điểm kinh tế, với tư cách là phương pháp sản xuất chính, phương pháp VAR sẽ tiếp tục cung cấp vật liệu titan chất lượng cao cho các lĩnh vực hàng không và phi hàng không, đồng thời vẫn sẽ là phương pháp lý tưởng để nấu chảy titan và hợp kim titan. Tuy nhiên, vấn đề chuẩn bị điện cực và làm sạch phôi vẫn cần được giải quyết. Phương pháp NC chủ yếu phù hợp cho việc thu hồi và nấu chảy lượng điện tích trả lại. Phương pháp EBCHM và PCHM có thể cung cấp Thanh Titan và titan Cấp 5 chất lượng cao hơn cho ngành hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác với những ưu điểm riêng của chúng. phôi hợp kim. Trong tương lai gần, nó chắc chắn sẽ trở thành một phần quan trọng của quy trình luyện titan tiêu chuẩn. Phương pháp CCM và phương pháp ESR vẫn cần được cải tiến và hoàn thiện hơn nữa mới có thể đưa vào sản xuất ở quy mô công nghiệp.