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鈦合金的五種熔煉方法
2020-09-02
鈦合金熔煉方法一般分為：1.真空自耗電弧爐熔煉法；2.非自耗真空電弧爐熔煉法;3.冷爐床熔煉法;4.冷堝熔煉法;5.電渣熔煉法五種方法。 1.真空自耗電弧爐熔煉法(簡稱VAR法) 隨著真空技術的發(fā)展和計算機的應用，VAR法很快成為鈦的成熟的工業(yè)生產技術，今天的鈦及其合金鑄錠絕大部分是使用此方法生產的。VAR法顯著特點是功率消耗低、熔化速度高和良 好的質量重現(xiàn)性，VAR法熔煉的鑄錠具有良好的結晶組織和均勻的化學成分。通常，成品鑄錠應由VAR法熔煉制得． 至少要經過兩次重熔。用VAR法生產鈦鑄錠，世界各國生產廠家使用的工藝基本相似，差別在于使用不同的電極制備方式和設備．電極制備可分為三大類，一是采用按份加料連續(xù)壓制的整體電極，排除了電 極焊接工序：二是單塊電極壓制，拼焊成自耗電極。并通過等離子氬弧焊或真空焊焊接成一體；三是利用其它熔煉法制備鑄造電極。 現(xiàn)代先進的VAR爐的技術特點和優(yōu)勢：(1)全同軸功率輸入，也就是說整個爐體高度上的完全同軸性，稱 同軸供電’，減少偏析現(xiàn)象的產生；(2)坩堝內電?？稍赬 軸向/Y軸向上微調；(3)具有精確的電極稱重系統(tǒng)，熔煉速率得到自動控制，實現(xiàn)了恒速熔煉’。保證了熔煉質量；(4)保證每次熔煉的重復性和一致性；(5)靈活性，即一臺爐子能夠生產多種錠型以及鑄錠的 大型化，可大幅度提高生產率；(6)具有良好的經濟性?！巴S供電”方式可以避免因坩堝供給電流不平衡所造成的磁偏漏．減弱或消除感應磁場對熔煉產品的不利影響．并且提高了電效率，從而獲得質量穩(wěn)定的鑄錠?！昂闼偃蹮挕钡哪康氖菫榱颂岣哞T錠質量，通過先進的電控系統(tǒng)和重量傳感器來確保熔煉過程中電弧的長度和熔化速率的恒定，從而控制了凝同過程?？梢杂行У姆乐蛊霈F(xiàn)象，保障 了鑄錠的內在質量?，F(xiàn)代鈦熔煉用VAR爐除具有以上兩大特點外，還實現(xiàn)了VAR爐的大型化，現(xiàn)代VAR爐可熔煉直徑為1．5m,重32t的大型鑄錠．vAR法是現(xiàn)代鈦及鈦合金標準的工業(yè)熔煉法．還有以下技術需 要解決．第一，電極制備方法．制備電極工藝非常繁瑣．需要用昂貴的壓力機將海綿鈦、中間合金和返回殘料壓制成整體電極或單塊小電扳．單塊電極還需要焊接成自耗電極．同時為了保 證自耗電極成分的均勻性，還需要配置布料、稱料、混料等相應的設施。第二，偶爾存在的偏析等冶金缺陷．如成分偏析和凝固偏析。www.lh-ti.com介紹前者是由于雜質元素或合金元素在電極中分布不均勻 ．熔煉時來不及平衡分布就凝固所產生；后者是由于原料或工藝過程偶爾帶入了 高密度夾雜物(HDI) 和低密度夾雜物(LDI），這些夾雜物質在熔煉過程中無法徹底溶解，從而導致產生危 害極大的夾雜等冶金缺陷。 2.非自耗真空電弧爐熔煉法(簡禰NC法) 目前，水冷銅電極已經取代了鈦工業(yè)起步階段的鎢一釷臺金電投或石墨電扳，解決了工業(yè)污染問題，從而使NC法成為熔煉鈦及鈦臺金的 重要方法，幾噸級的NC爐已在歐美運轉。 水冷銅電極分為兩種類型：一種是自旋轉的；另一種是旋轉磁場的，其目的在于防止電弧對電極的燒損。NC爐也可分為兩種：一種是在水冷銅坩 堝內熔煉原料，在水冷銅模中澆鑄成鑄錠；另一種是在水冷銅坩堝內連續(xù)投人原料，熔煉和凝固。NC法熔煉的優(yōu)點是：①可以省去壓制電極和焊接電極工序；②可以使電弧在物料上停留較長時間，從而提高鑄錠成分均勻化程度；③可以使用不同形狀和尺寸的原料，在熔煉過程 中 還可以加入100％殘料，實現(xiàn)鈦的再循環(huán)利用。NC法作為一次熔煉，從提高殘料回收率和降低成本來看是相當有利的。通常，NC爐和VAR 爐聯(lián)臺使用，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。 3.冷爐床熔煉法(簡稱CHM法) 由原料的污染和熔煉工藝過程異常引起的鈦及鈦舍金鑄錠的冶金夾雜缺陷，一直影 響著鈦及鈦臺金在航空航天領域的應用．為了消除鈦合金飛機發(fā)動機旋轉部件中的冶金 夾雜，冷爐 床熔煉技術應運而生。CHM法最大的特點是將熔化，精煉和凝固過程的分離，即熔化的爐料進入玲爐床后先進行熔化，然后進入冷爐床的精煉區(qū)進行精煉，最后在結晶區(qū)凝固成錠。CHM 技術顯著的優(yōu)勢是在冷爐床床壁能形成凝殼，它的“粘滯區(qū)”能夠捕捉如WC，Mo，Ta等高密度夾雜物(HDI)，同時，在精煉區(qū)，低密度夾雜(LDI)顆粒在高溫液體中滯留時間延長， 可以確保LDI的完全溶解，從而有效地清除夾雜缺陷。也就是說．冷爐床熔煉的提純機理可分為比重分離和熔解分離兩種。 4.冷堝熔煉法(簡稱CCM法) 8O年代美國硅鐵公司，發(fā)展了無渣感應熔煉工藝，把CCM 法推向工業(yè)生產應用，用于生產鈦錠和鈦的精密鑄件．近年來在一些經濟發(fā)達國家，CCM法已經開始步人工業(yè)化生產規(guī)模，鑄 錠最大直徑為l m，長度2m，其發(fā)展前景令人矚目。CCM 法熔煉過程是在一個彼此不導電的水冷弧形塊或銅管組合的金屬坩堝里進行，這種組合的最大優(yōu)點在于，每兩個塊間的間隙都是一個增強磁場，磁場產生的強烈攪拌使化學成分和 溫度一致，從而提高了產品質量。CCM 法兼有VAR 法和難熔材料坩堝感應熔煉的特點，不需耐火材料，不必制作電極即可 獲得一次熔煉成分均勻而無坩堝污染的高質量鑄錠。CCM 法與VAR 法相比具有設備成本低，操作簡便等優(yōu)點，但從目前來看該技術仍處于發(fā)展階段。 5.電渣熔煉法(簡稱ESR法） ESR法是利用電流通過導電電渣時帶電粒子的相互碰撞，而將電能轉化為熱能的。即以熔渣電阻產生的熱能將爐料熔化和精煉。ESR法使用自耗電極在非活性渣(CaF2)中進行電渣熔煉，它可直接熔鑄成同形狀的錠坯，并且具有良好的表面質量，適宜于下道工序直接加工。該法的優(yōu)點在于：(1)ESR爐完全同軸性保證了最佳質量鑄錠的可重復性；(2)鑄錠軸向結晶，組織致 密、均勻；(3)具有極高精度的電極稱重系統(tǒng)和熔煉速率控制系統(tǒng)；(4)設備簡單，操作方便。缺點在于不能排路熔渣對鑄錠的污染。 |