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TC11钛棒、TC4钛棒、钛合金棒等钛材料熔炼的方法、工艺

所属分类:行业资讯    发布时间: 2022-09-13    作者:admin
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随着现代科技的不断发展,钛在工业生产、航空航天、国防军工和日常生活中等的应用越来越多,因此对钛及钛合金的材料和性能要求也逐步提高。钛合金原料的熔炼无疑是.重要、.关键的环节,其熔炼质量的好坏直接影响到待加工成品的性能指标是否符合产品要求,从而推动了钛合金现代熔炼技术的发展,包括电子束、等离子冷床炉等新技术的发展。那么今天陕西tc4钛合金棒厂家中凯聚隆钛业和大家聊聊钛材料的熔炼方法。

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1.钛合金的熔炼方法

1.1真空自耗电弧炉熔炼法(简称VAR法)

随着真空技术的发展和计算机的应用,VAR方法已经迅速成为一种成熟的钛工业生产技术。今天,大多数钛及其合金锭都是用这种方法生产的。VAR方法的特点是能耗低、熔化速度快、质量重现性好。VAR法熔炼的铸锭具有良好的晶体结构和均匀的化学成分。通常,成品锭要用VAR法熔化。至少需要重熔两次。用VAR法生产钛锭,世界各国厂家采用的工艺基本相似,区别在于用电不同。

电极制备方法和设备。电极制备可分为三类。一种是通过分批进给连续压制的整个电极,不包括电极焊接过程;另一种是自耗电极,由单电极压制而成,焊接在一起。并用等离子氩弧焊或真空焊焊接成一体;第三种是用其他熔化方法制备铸造电极。

现代无功电炉的技术特点和优势:

(1)全同轴电源输入,即整个炉高的完全同轴度,称为“同轴供电”,减少了偏析的发生,

(2)坩埚内的电校准可在X轴/Y轴微调;

(3)采用..的电极称重系统,自动控制熔化速度,实现恒速熔化。保证冶炼质量;

(4)保证每次熔炼的重复性和一致性;

(5)灵活性,即一炉可生产多种锭型

大规模铸锭可以大大提高生产率;

(6)经济好。

“同轴供电”方式可以避免坩埚供电电流不平衡引起的漏磁,减弱或消除感应磁场对冶炼产品的不利影响,提高电效率,从而获得质量稳定的铸锭。

“恒速熔炼”的目的是提高铸锭质量。先进的电控系统和重量传感器保证熔化过程中恒定的弧长和熔化速度,从而控制凝固过程。能有效防止偏析,保证铸锭内部质量。

现代炼钛VAR炉除了上述两个特点外,还实现了VAR炉的大型化,可以熔炼直径1.5m、重量32t的大锭。VAR法是现代钛及钛合金的标准工业熔炼方法。还有以下技术需要解决。

一、电极制备方法。电极制备过程非常复杂。需要用昂贵的压机将海绵钛、母合金和返回的废料压制成整个电极或单个小电板。单电极还需要焊接成自耗电极,同时为了保证自耗电极成分的均匀性,还需要提供布料、物料称量、物料混合等相应的设施。

二是偶有偏析等冶金缺陷,如成分偏析、凝固偏析等。前者是由于电极中杂质元素或合金元素分布不均匀,在没有平衡分布的情况下熔炼时伪凝固造成的。后者是由于原料或工艺过程中偶尔引入高密度夹杂物(HDI)和低密度夹杂物(LDI),在冶炼过程中不能完全溶解,产生极其有害的夹杂物等冶金缺陷。

1.2非自耗真空电弧炉熔炼法(简NC法)

目前,水冷铜电极已取代钛工业初期的钨钍台或石墨板,解决了工业污染问题,从而使数控法成为冶炼钛和钛桌金的重要方法。在欧洲和美国已经运行了几吨的数控炉。水冷铜电极分为两种:——一种是自旋转,一种是旋转磁场。其目的是防止电极被电弧烧伤。数控炉也可分为两种:——一种是在水冷铜坩埚中熔化原料,在水冷铜模中浇铸成锭;另一种方法是将原料连续送入水冷铜坩埚中,熔化凝固。

NC熔化的优点是:

(1)可以省去压电极和焊接电极工序;

(2)电弧可以长时间停留在材料上,从而提高铸锭成分的均匀化程度;

③可使用不同形状和大小的原料,冶炼过程中可添加....的余料,实现钛的回收利用。NC法作为一次熔炼,在提高残料回收率、降低成本方面颇具优势。通常情况下,NC炉和VAR炉一起使用,充分发挥各自的优势。

1.3冷床熔炼法(简称CHM法)

钛及钛合金铸锭因原材料污染和非正常冶炼工艺导致的冶金夹杂物缺陷一直影响着钛及钛合金在航空航天领域的应用。为了消除钛合金航空发动机转动部件中的冶金夹杂物,冷床熔炼技术应运而生。CHM法.大的特点是熔化、精炼和凝固过程分离,即熔化的炉料进入炉膛后先熔化,然后进入冷炉膛的精炼区进行精炼,.后在结晶区凝固成锭。CHM技术的明显优势是可以在冷炉床床壁上形成凝固壳,其“粘性区”可以捕捉wC、Mo、Ta等高密度夹杂物(HDI)。同时,在精炼区,低密度夹杂物(LDI)颗粒在高温液体中的停留时间延长,可以保证LDI的完全溶解,从而有效消除夹杂物缺陷。换句话说,冷床熔炼的净化机理可分为比重分离和熔融分离。

1.3.1电子束冷床熔炼法(简称EBCHM法)

电子束熔炼(简称BB)是利用高速电子的能量在材料本身产生热量进行熔化和细化的过程。带有冷床的B炉称为BCHM炉。BBCHM法具有传统熔炼法所不具备的优良功能:

(1)有效去除高密度夹杂物(HDI)如钽、钼、钨、碳化钨和氮化钛。低密度夹杂物,如氧化钛(LDI);

(2)可以接受多种加料方式,钛渣回收容易,即可以利用其他冶炼方式不能利用的废料,仍然可以制成纯钛锭,从而大大降低产品成本。

(3)可直接从熔融金属中取样、分析和测试;

(4)可以生产异形锭,减少了生产工序,降低了原材料消耗,提高了成品率;

EBCHM方法也有以下缺点:

(1)熔炼需要在高真空条件下进行,所以氯化物含量高的海绵钛不能直接熔炼;

(2)合金元素易挥发,化学成分难以控制。

1.3.2等离子冷嫉妒床熔融法(管称为P CHM法)

PCHM法利用惰性气体电离产生的等离子弧作为热源,可以在低真空到近大气压的宽压力范围内完成熔炼。这种方法的显著特点是能保证不同蒸气压的合金成分在熔炼过程中没有明显的烧损,还能消除HDI和LDI的冶金缺陷。该方法能够提高传统平台的金属性,并能实现多种合金的熔炼。与传统熔炼方法相比,这是一种经济的熔炼方法。采用这种方法,对于钛和钛合金,可以通过一次熔炼获得理想的铸锭。

现代PCHM方法的优点是:

①设备投资少,操作简单,安全可靠;

(2)可使用不同种类和形态的原料,余料回收率高;

③确定多样化合金的化学成分;④价格昂贵的惰性气体可以回收再利用,降低了生产成本。

PCHM法的缺点是电效率低。CHM和PCHM是相似的,它们都可以消除HDI和LDI。前者更适合冶炼纯钛;对于合金来说,后者更合适。与VAR方法一样,上述两种方法实现了广泛的过程自动化控制,包括过程参数(熔化速度、熔化和凝固过程中的温度分布、熔化过程中的成分变化、不溶性夹杂物的去除程度等。)和质量。

1.4冷坩埚熔炼法(简称CCM)

20世纪80年代,美国硅铁公司开发出无渣感应熔炼工艺,将CCM法推向工业化生产,用于生产钛锭和钛精密铸件。近年来,CCM法在一些经济发达国家已开始步入工业化生产规模。

铸锭.大直径1 m,长度2m,开发前景显著。CCM熔炼过程是在由互不导电的水冷电弧块或铜管组成的金属坩埚中进行的。这种组合.大的优点是每两块之间的间隙是一个强化磁场,磁场产生的强烈搅拌使化学成分和温度融化,从而提高产品质量。CCM法兼有VAR法和坩埚感应熔炼耐火材料的特点。无需耐火材料和电极,可获得熔炼成分均匀、无坩埚污染的优质铸锭。与VAR法相比,CCM法具有设备成本低、操作简单等优点,但目前该技术仍处于发展阶段。

1.5电渣熔炼法(简称电渣法)

ESR法利用电流通过导电电渣时带电粒子的碰撞,将电能转化为热能。即炉料被抗渣产生的热能熔化和精炼。电渣重熔法使用自耗电极在惰性渣(CaF2)中进行电渣熔炼。可以直接熔炼铸造成相同形状的铸锭,表面质量好,适合在下一道工序中直接加工。这种方法的优点是:

(1)1)电渣炉完全同轴度保证了.优质铸锭的可重复性;

(2)铸锭轴向结晶,组织致密均匀;

(3)极高精度的电极称重系统和熔化速度控制系统;

(4)设备简单,操作方便。缺点是不能排出熔渣对铸锭的污染。

2不同冶炼方法的分析

铸造钛锭的质量对其后续冷加工和热加工材料的组织和性能有决定性的影响。钛及钛合金铸锭的质量主要从以下几个方面来衡量:

?钢锭不同部位的化学成分是否均匀;

②主要杂质(Fe、o等。)都控制在合适的范围内;

③钢锭中是否有夹杂物、偏析、气孔、裂纹、缩孔、橘皮细化等缺陷;

(4)铸锭表面是否光滑无棱纹,头部缩孔量是否去除。

当今航空航天技术对钛及钛合金铸锭提出了更严格的质量要求。除了严格控制生产过程的质量外,还应采用多次熔炼,其中至少在真空中进行-次熔炼,以获得高质量的铸锭。这就要求综合利用各种熔炼方法的特点,实现钛及钛合金的物理冶金过程,以获得性能优良、可连续再生的高质量钛及钛合金铸锭。

3展望

从经济角度看,VAR法作为主要的生产方法,将继续为航空和非航空领域提供高质量的钛材,仍将是熔炼钛及钛合金的理想方法。但仍需解决电极制备和铸锭清洗问题。NC法主要适用于返回炉料的回收和冶炼。EBCHM法和PCHM法以其独特的优势可以为航空航天等领域提供质量要求更高的钛及钛合金铸锭。在不久的将来,它将成为钛标准冶炼工艺的重要组成部分。CCM法和ESR法仍需进一步改进和完善,也有可能进入工业规模生产。

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