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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(jiǎn)稱(chēng)VAR法) 隨著(zhù)真空技術(shù)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(chǎn)技術(shù)，今天的鈦及其合金鑄錠絕大部分是使用此方法生產(chǎn)的。VAR法顯著(zhù)特點(diǎn)是功率消耗低、熔化速度高和良 好的質(zhì)量重現性，VAR法熔煉的鑄錠具有良好的結晶組織和均勻的化學(xué)成分。通常，成品鑄錠應由VAR法熔煉制得． 至少要經(jīng)過(guò)兩次重熔。用VAR法生產(chǎn)鈦鑄錠，世界各國生產(chǎn)廠(chǎng)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(lèi)，一是采用按份加料連續壓制的整體電極，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(guò)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。 現代先進(jìn)的VAR爐的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：(1)全同軸功率輸入，也就是說(shuō)整個(gè)爐體高度上的完全同軸性，稱(chēng) 同軸供電’，減少偏析現象的產(chǎn)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(chēng)重系統，熔煉速率得到自動(dòng)控制，實(shí)現了恒速熔煉’。保證了熔煉質(zhì)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(chǎn)多種錠型以及鑄錠的 大型化，可大幅度提高生產(chǎn)率；(6)具有良好的經(jīng)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(chǎng)對熔煉產(chǎn)品的不利影響．并且提高了電效率，從而獲得質(zhì)量穩定的鑄錠?！昂闼偃蹮挕钡哪康氖菫榱颂岣哞T錠質(zhì)量，通過(guò)先進(jìn)的電控系統和重量傳感器來(lái)確保熔煉過(guò)程中電弧的長(cháng)度和熔化速率的恒定，從而控制了凝同過(guò)程?？梢杂行У姆乐蛊霈F象，保障 了鑄錠的內在質(zhì)量?，F代鈦熔煉用VAR爐除具有以上兩大特點(diǎn)外，還實(shí)現了VAR爐的大型化，現代VAR爐可熔煉直徑為1．5m,重32t的大型鑄錠．vAR法是現代鈦及鈦合金標準的工業(yè)熔煉法．還有以下技術(shù)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(shí)為了保 證自耗電極成分的均勻性，還需要配置布料、稱(chēng)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(zhì)元素或合金元素在電極中分布不均勻 ．熔煉時(shí)來(lái)不及平衡分布就凝固所產(chǎn)生；后者是由于原料或工藝過(guò)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(zhì)在熔煉過(guò)程中無(wú)法徹底溶解，從而導致產(chǎn)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(jiǎn)禰NC法) 目前，水冷銅電極已經(jīng)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(wèn)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(lèi)型：一種是自旋轉的；另一種是旋轉磁場(chǎng)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投人原料，熔煉和凝固。NC法熔煉的優(yōu)點(diǎn)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(cháng)時(shí)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(guò)程 中 還可以加入100％殘料，實(shí)現鈦的再循環(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(lái)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(jiǎn)稱(chēng)CHM法) 由原料的污染和熔煉工藝過(guò)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(zhù)鈦及鈦臺金在航空航天領(lǐng)域的應用．為了消除鈦合金飛機發(fā)動(dòng)機旋轉部件中的冶金 夾雜，冷爐 床熔煉技術(shù)應運而生。CHM法最大的特點(diǎn)是將熔化，精煉和凝固過(guò)程的分離，即熔化的爐料進(jìn)入玲爐床后先進(jìn)行熔化，然后進(jìn)入冷爐床的精煉區進(jìn)行精煉，最后在結晶區凝固成錠。CHM 技術(shù)顯著(zhù)的優(yōu)勢是在冷爐床床壁能形成凝殼，它的“粘滯區”能夠捕捉如WC，Mo，Ta等高密度夾雜物(HDI)，同時(shí)，在精煉區，低密度夾雜(LDI)顆粒在高溫液體中滯留時(shí)間延長(cháng)， 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(shuō)．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(jiǎn)稱(chēng)CCM法) 8O年代美國硅鐵公司，發(fā)展了無(wú)渣感應熔煉工藝，把CCM 法推向工業(yè)生產(chǎn)應用，用于生產(chǎn)鈦錠和鈦的精密鑄件．近年來(lái)在一些經(jīng)濟發(fā)達國家，CCM法已經(jīng)開(kāi)始步人工業(yè)化生產(chǎn)規模，鑄 錠最大直徑為l m，長(cháng)度2m，其發(fā)展前景令人矚目。CCM 法熔煉過(guò)程是在一個(gè)彼此不導電的水冷弧形塊或銅管組合的金屬坩堝里進(jìn)行，這種組合的最大優(yōu)點(diǎn)在于，每?jì)蓚€(gè)塊間的間隙都是一個(gè)增強磁場(chǎng)，磁場(chǎng)產(chǎn)生的強烈攪拌使化學(xué)成分和 溫度一致，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。CCM 法兼有VAR 法和難熔材料坩堝感應熔煉的特點(diǎn)，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(wú)坩堝污染的高質(zhì)量鑄錠。CCM 法與VAR 法相比具有設備成本低，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但從目前來(lái)看該技術(shù)仍處于發(fā)展階段。 5.電渣熔煉法(簡(jiǎn)稱(chēng)ESR法） ESR法是利用電流通過(guò)導電電渣時(shí)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(chǎn)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(jìn)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(zhì)量，適宜于下道工序直接加工。該法的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)ESR爐完全同軸性保證了最佳質(zhì)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(chēng)重系統和熔煉速率控制系統；(4)設備簡(jiǎn)單，操作方便。缺點(diǎn)在于不能排路熔渣對鑄錠的污染。 |