Năm phương pháp nấu chảy phổ biến cho hợp kim titan

Hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau do các đặc tính tuyệt vời của chúng, chẳng hạn như tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng tương thích sinh học. Tuy nhiên, điểm nóng chảy cao của hợp kim titan đặt ra những thách thức trong quá trình xử lý. Các phương pháp luyện kim titan thường được chia thành: 1. Phương pháp luyện lò hồ quang điện tiêu hao chân không; 2. Phương pháp luyện lò hồ quang điện chân không không tiêu hao; 3. Phương pháp luyện lò sưởi lạnh; 4. Phương pháp luyện nồi nguội; 5. Phương pháp luyện bằng điện xỉ. Năm phương pháp.

1. Phương pháp nấu chảy bằng lò hồ quang điện tiêu hao chân không (gọi tắt là phương pháp VAR)
Đây là một quy trình luyện kim tiên tiến được sử dụng để sản xuất kim loại và hợp kim có độ tinh khiết cao. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để cải thiện độ tinh khiết và tính đồng nhất của vật liệu và thường được sử dụng để sản xuất hợp kim đặc biệt chất lượng cao, hợp kim nhôm và các vật liệu kim loại có nhu cầu cao khác. Với sự phát triển của công nghệ chân không và ứng dụng của máy tính, phương pháp VAR đã nhanh chóng trở thành công nghệ sản xuất titan công nghiệp trưởng thành. Hầu hết titan ngày nay và các thỏi hợp kim của nó đều được sản xuất bằng phương pháp này. Đặc điểm nổi bật của phương pháp VAR là tiêu thụ điện năng thấp, tốc độ nóng chảy cao và khả năng tái tạo chất lượng tốt. Thỏi nung chảy bằng phương pháp VAR có cấu trúc tinh thể tốt và thành phần hóa học đồng đều. Thông thường, phôi thành phẩm sẽ được nấu chảy bằng phương pháp VAR. Cần ít nhất hai lần nấu lại. Phương pháp VAR được sử dụng để sản xuất thỏi titan. Các quy trình được các nhà sản xuất trên khắp thế giới sử dụng về cơ bản là tương tự nhau. Sự khác biệt nằm ở việc sử dụng các phương pháp và thiết bị chuẩn bị điện cực khác nhau. Việc chuẩn bị điện cực có thể được chia thành ba loại chính. Một là điện cực tích hợp được ép liên tục bằng cách thêm vật liệu theo từng phần, loại bỏ quá trình hàn điện cực; cái còn lại là điện cực một mảnh được ép và hàn thành các điện cực tiêu hao. Và hàn lại với nhau thông qua hàn hồ quang argon plasma hoặc hàn chân không; thứ ba, sử dụng các phương pháp nấu chảy khác để chế tạo điện cực đúc.
Ngoài hai đặc điểm trên, các lò VAR hiện đại để luyện titan cũng đã hiện thực hóa lò VAR quy mô lớn. Lò VAR hiện đại có thể nung các thỏi lớn có đường kính 1,5m và nặng 32t.
Phương pháp vAR là phương pháp nấu chảy công nghiệp tiêu chuẩn cho titan và hợp kim titan hiện đại.

2. Phương pháp nấu chảy lò hồ quang điện chân không không tiêu hao (phương pháp Jianni NC)
Môi trường chân không Giống như lò hồ quang điện tiêu hao, phương pháp CNC cũng được thực hiện trong môi trường chân không. Bằng cách hút không khí và khí đốt trong lò, điều kiện chân không cao được tạo ra để giảm dần ô nhiễm không khí và oxy, đồng thời đảm bảo sản xuất vật liệu hợp kim chất lượng cao.
Điện cực Trong gia công CNC, các điện cực được sử dụng thường không tiêu hao được và thường được làm bằng vonfram hoặc các vật liệu có điểm nóng chảy cao khác. Những điện cực này ổn định và có thể chịu được nhiệt độ cao và phóng điện hồ quang năng lượng cao mà không bị tiêu hao.
Hồ quang xảy ra bằng cách đưa vào một dòng điện, thường sử dụng hai điện cực, tạo ra sự phóng điện hồ quang. Hồ quang này rất nóng và có thể làm nóng vật liệu đến nhiệt độ trên điểm nóng chảy của chúng.
Vật liệu nóng chảy Dưới tác dụng của hồ quang, vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ đủ cao để bốc cháy và tan chảy. Vì sử dụng các điện cực không tiêu hao nên bản thân các điện cực không bị tiêu hao và do đó có thể được sử dụng liên tục.
Chuẩn bị hợp kim: Sau khi vật liệu nóng chảy, hợp kim cần thiết có thể được điều chế bằng cách điều chỉnh cường độ hồ quang, nhiệt độ trong lò và thành phần hợp kim. Điều này làm cho phương pháp NC rất phù hợp để chế tạo hợp kim với độ chính xác cao và kiểm soát thành phần chính xác.
Là phương pháp nấu chảy một lần, phương pháp NC khá thuận lợi từ góc độ cải thiện tỷ lệ thu hồi vật liệu dư và giảm chi phí. Thông thường, lò NC và lò VAR được sử dụng kết hợp để phát huy tối đa lợi thế tương ứng của chúng. Phương pháp NC thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu và để chuẩn bị các vật liệu đặc biệt vì nó mang lại mức độ linh hoạt trong việc chuẩn bị và kiểm soát vật liệu ở mức độ cao. Tuy nhiên, so với lò hồ quang điện tiêu hao, chi phí thiết bị và vận hành của phương pháp NC cao hơn nên nó chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao và điều khiển linh kiện chính xác, như hàng không vũ trụ, năng lượng, điện tử, v.v.

3. Phương pháp nấu chảy bằng lò nguội (gọi tắt là phương pháp CHM)
Các khuyết tật bao gồm luyện kim trong thỏi titan và hợp kim titan do ô nhiễm nguyên liệu thô và quá trình nấu chảy bất thường luôn ảnh hưởng đến việc ứng dụng titan và hợp kim titan trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Để loại bỏ tạp chất luyện kim trong các bộ phận quay của động cơ máy bay bằng hợp kim titan, công nghệ luyện lò sưởi lạnh đã ra đời.
Đặc điểm lớn nhất của phương pháp CHM là tách biệt các quá trình nóng chảy, tinh chế và hóa rắn, nghĩa là điện tích nóng chảy đi vào lò sưởi lạnh và được nấu chảy đầu tiên, sau đó đi vào khu vực tinh chế của lò sưởi lạnh để tinh chế, và cuối cùng đông đặc lại thành thỏi trong khu vực kết tinh. Ưu điểm đáng kể của công nghệ CHM là nó có thể tạo thành lớp vỏ ngưng tụ trên thành lò sưởi lạnh. "Vùng nhớt" của nó có thể thu giữ các tạp chất mật độ cao (HDI) như WC, Mo, Ta, v.v. Đồng thời, trong vùng tinh chế, các tạp chất mật độ thấp Thời gian cư trú kéo dài của các hạt (LDI) ở mức cao chất lỏng ở nhiệt độ có thể đảm bảo hòa tan hoàn toàn LDI, từ đó loại bỏ hiệu quả các khuyết tật bao gồm. Điều đó có nghĩa là. Cơ chế thanh lọc của lò luyện nguội có thể được chia thành hai loại: tách trọng lực và tách nóng chảy.

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 có xỉ và thúc đẩy phương pháp CCM cho các ứng dụng 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 có nền kinh tế phát triển, phương pháp CCM đã bắt đầu bước vào quy mô sản xuất công nghiệp. Đường kính tối đa của phôi là 1 m và chiều dài là 2 m. Triển vọng phát triển của nó rất bắt mắt. Quá trình nấu chảy CCM được thực hiện trong nồi nấu kim loại bao gồm các khối hình vòng cung được làm mát bằng nước hoặc các ống đồng không dẫn điện với nhau. Ưu điểm lớn nhất của sự kết hợp này là khoảng cách giữa mỗi khối là từ trường được tăng cường và từ trường mạnh được tạo ra Khuấy sẽ đưa thành phần hóa học và nhiệt độ trở nên đồng nhất, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Phương pháp CCM kết hợp các đặc tính của phương pháp VAR và nấu chảy cảm ứng nồi nấu kim loại của vật liệu chịu lửa. Nó không yêu cầu vật liệu chịu lửa và điện cực, đồng thời có thể thu được các thỏi chất lượng cao với thành phần đồng nhất và không bị nhiễm bẩn nồi nấu kim loại trong một quá trình nấu chảy. So với phương pháp VAR, phương pháp CCM có ưu điểm là giá thành thiết bị thấp, vận hành dễ dàng nhưng hiện nay công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển.
5. Phương pháp nấu chảy bằng điện xỉ (viết tắt là phương pháp ESR)
Phương pháp ESR sử dụng sự va chạm của các hạt tích điện khi dòng điện đi qua xỉ điện dẫn điện để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt. Đây là một quá trình nấu chảy và tinh chế kim loại, thường được sử dụng để nấu chảy và tinh chế ở nhiệt độ cao các kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao, chẳng hạn như thép, niken, molypden, niobium, v.v. Nó sử dụng năng lượng nhiệt được tạo ra bởi khả năng chống xỉ để làm tan chảy và tinh chỉnh điện tích. Phương pháp ESR sử dụng các điện cực tiêu hao để nấu chảy xỉ điện trong xỉ không hoạt động (CaF2). Nó có thể được đúc trực tiếp thành các thỏi có cùng hình dạng và có chất lượng bề mặt tốt, thích hợp cho việc xử lý trực tiếp trong quy trình tiếp theo. Các bước chung của phương pháp luyện điện xỉ:
Sạc: Nạp kim loại hoặc hợp kim cần nấu chảy và tinh chế vào lò. Những vật liệu này thường được đưa vào lò ở dạng cục hoặc khối.

Đánh lửa hồ quang: Một hồ quang điện được tạo ra trên đỉnh lò bởi hai điện cực (thường là điện cực carbon). Nhiệt độ cao do hồ quang tạo ra sẽ làm nóng kim loại đến nhiệt độ nóng chảy.

Xỉ mạ điện: Xỉ kim loại tạo thành nhiều lớp điện môi trên bề mặt kim loại. Xỉ này bao gồm các oxit kim loại và xỉ kim loại khác, nổi trên bề mặt kim loại và ngăn cản sự khuếch tán thêm.

Dòng điện chạy qua: Dòng điện có cường độ cao đi qua điện trở giữa kim loại và hồ quang. Điều này sẽ tiếp tục làm nóng kim loại, khiến nó tan chảy.

Quá trình oxy hóa và tinh chế: Trong xỉ điện hình thành trên bề mặt kim loại, oxit và các tạp chất khác phản ứng với kim loại và được loại bỏ hoặc giảm đến mức mong muốn. Điều này giúp tinh luyện kim loại đến mức mong muốn