Méthode de fusion de l'alliage de titane

Les méthodes de fusion des alliages de titane sont généralement divisées en: 1. Méthode de fusion sous vide dans un four à arc; 2. 2. Méthode de fusion au four à arc sous vide non consommable; 3. méthode de fusion de foyer à froid; 4. méthode de fusion en pot froid; 5. Cinq méthodes de fusion sous laitier électroconducteur.


Les méthodes de fusion des alliages de titane sont généralement divisées en: 1. Méthode de fusion sous vide dans un four à arc; 2. 2. Méthode de fusion au four à arc sous vide non consommable; 3. méthode de fusion de foyer à froid; 4. méthode de fusion en pot froid; 5. Cinq méthodes de fusion sous laitier électroconducteur.


1. Méthode de fusion sous vide du four à arc électrique (méthode VAR)


Avec le développement de la technologie du vide et l'application de l'ordinateur, la méthode VAR est rapidement devenue une technologie de production industrielle mature en titane. Les caractéristiques remarquables de la méthode VAR sont une faible consommation d’énergie, une vitesse de fusion élevée et une reproductibilité de bonne qualité. Normalement, le lingot fini doit être fondu par la méthode VAR. Au moins deux refontes sont nécessaires. La méthode VAR est utilisée pour produire des lingots de titane. Le processus utilisé par les fabricants du monde entier est fondamentalement similaire, mais différentes méthodes et équipements de préparation des électrodes sont utilisés. La préparation des électrodes peut être divisée en trois catégories. La première consiste à adopter l'électrode intégrale qui est comprimée en continu par l'alimentation des pièces, à l'exclusion du processus de soudage à l'électrode. La seconde consiste à appuyer sur une seule électrode et à la souder en une électrode consommable. Et par soudage à l'arc plasma à l'argon ou soudage sous vide en un seul; Troisièmement, l'électrode de coulée a été préparée par d'autres méthodes de fusion.


Caractéristiques techniques et avantages du four VAR moderne et avancé:


(1) toute entrée de puissance coaxiale, c'est-à-dire la coaxialité complète de toute la hauteur du four, est appelée alimentation coaxiale ', afin de réduire la génération du phénomène de ségrégation;


(2) l'étalonnage électrique dans le creuset peut être réglé sur l'axe X / Y;


(3) avec un système de pesage d'électrode précis, le taux de fusion est automatiquement contrôlé et une fusion à vitesse constante est réalisée. La qualité de la fusion est garantie.


(4) assurer la répétabilité et la cohérence de chaque fusion;


(5) la flexibilité, c’est-à-dire qu’un seul four peut produire divers types de lingots et une coulée à grande échelle, ce qui peut considérablement améliorer la productivité;


(6) bonne économie. Le mode "alimentation coaxiale" permet d'éviter les fuites magnétiques causées par le déséquilibre du courant d'alimentation du creuset. Réduire ou éliminer les effets néfastes des champs magnétiques induits sur les produits fondus. Et améliorer le rendement électrique, de manière à obtenir un lingot de qualité stable. L'objectif de la "fusion à vitesse constante" est d'améliorer la qualité du lingot en assurant une longueur d'arc et un taux de fusion constants dans le processus de fusion par le biais d'un système de contrôle électronique et d'un capteur de poids avancés, contrôlant ainsi le processus de coagulation. Il peut efficacement empêcher la ségrégation et garantir la qualité interne du lingot. Outre les deux caractéristiques ci-dessus, le four VAR moderne pour la fusion du titane a mis au point le four VAR à grande échelle. 5m, 32t grand lingot. La méthode vAR est la méthode de fusion industrielle standard pour le titane et les alliages de titane modernes. Les technologies suivantes doivent être abordées. Tout d'abord, méthode de préparation des électrodes. Le processus de préparation des électrodes est très compliqué. L'éponge de titane, l'alliage intermédiaire et le résidu de retour doivent être pressés par une presse coûteuse dans une électrode intégrée ou une seule petite plaque électrique. Une seule électrode doit également être soudée dans une électrode consommable. Dans le même temps, afin d'assurer l'uniformité de la composition d'électrode consommable, il est nécessaire de configurer les installations correspondantes telles que le tissu, le matériau de pesage et le matériau de mélange. Deuxièmement, il existe des défauts métallurgiques occasionnels tels que la ségrégation. Tels que la ségrégation de la composition et la ségrégation de la coagulation. Le premier, www.lh-ti.com, décrit la répartition inégale des impuretés ou des éléments d'alliage dans l'électrode. La solidification se produit lorsqu'il n'y a pas de temps pour équilibrer la distribution; Cette dernière est due à l'introduction occasionnelle d'inclusions de haute densité (HDI) et d'inclusions de faible densité (LDI) dans la matière première ou le processus, qui ne peuvent pas être complètement dissoutes dans le processus de fusion, ce qui entraîne des défauts métallurgiques tels que des inclusions extrêmement nocives. .


2. Méthode de fusion au four à arc sous vide non consommable (méthode Jane you NC)


Actuellement, l'électrode de cuivre refroidie à l'eau a remplacé la phase initiale de l'industrie du tungstène et du titane à base de thorium ainsi qu'une clé électrique en graphite, résolue le problème de la pollution industrielle, ce qui rend la méthode NC devenue une méthode importante de fusion du titane et de quelques tonnes de four NC ont été installées en Europe et aux États-Unis. Les électrodes de cuivre refroidies à l'eau sont divisées en deux types: l'une est à rotation automatique; L'autre est un champ magnétique rotatif, qui vise à empêcher l'arc de brûler l'électrode. Le four NC peut également être divisé en deux types: l’un dans un creuset en cuivre refroidi à l’eau fondant des matières premières, dans un moule en cuivre refroidi à l’eau moulé en lingots; L'autre est la coulée continue des matières premières, la fusion et la solidification dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau. Les avantages de la méthode de fusion NC sont les suivants: (1) possibilité d’économiser l’électrode de pressage et le processus d’électrode de soudage; (2) peut faire en sorte que l'arc reste longtemps sur le matériau, de manière à améliorer l'uniformité de la composition du lingot; (3) peut utiliser différentes formes et tailles de matières premières, dans le processus de fusion peut également ajouter 100% de résidus, le recyclage de titane. En tant que première fusion, la méthode NC est très avantageuse du point de vue de l'amélioration de la récupération des résidus et de la réduction des coûts. Généralement, les fours NC et VAR permettent de tirer pleinement parti de leurs avantages respectifs.


3. Fusion du foyer à froid (méthode CHM)


Les défauts d'inclusion métallurgiques des lingots de titane et d'alliage de titane causés par la pollution des matières premières et un processus de fusion anormal ont toujours influencé l'application du titane et des alliages de titane dans le domaine de l'aérospatiale. Afin d'éliminer les inclusions métallurgiques dans les pièces en rotation du moteur d'avion en alliage de titane, la technologie de fusion à foyer froid a été développée. La plus grande caractéristique de la méthode CHM est la séparation des processus de fusion, de raffinage et de solidification. C'est-à-dire qu'après que la charge fondue ait pénétré dans le lit du four à linges, elle est d'abord fondue, puis pénètre dans la zone de raffinage du lit du four froid pour l'affinage et se solidifie finalement en lingots dans la zone de cristallisation. L’avantage important de la technologie CHM réside dans le fait qu’elle peut former des coquilles de solidification dans la paroi d’un lit de four froid et que sa "zone visqueuse" peut capturer des inclusions à haute densité (HDI) telles que WC, Mo, Ta, etc. zone de raffinage, le temps de rétention des particules d’inclusions à faible densité (LDI) dans un liquide à haute température est prolongé, ce qui permet d’assurer la dissolution complète du LDI, de manière à éliminer efficacement les défauts d’inclusion. C'est-à-dire. Le mécanisme de purification de la fusion à foyer froid peut être divisé en séparation par gravité spécifique et séparation par fusion.


3.1 Fusion par foyer à faisceau d'électrons (EBCHM) Le procédé de fusion par faisceaux d'électrons (EB) est un processus qui UTILISE l'énergie des électrons à grande vitesse pour générer de la chaleur dans le matériau lui-même pour la fusion et l'affinage. Le four EB à foyer froid s'appelle EBCHM. EBCHM a d’excellentes fonctions que la fonderie traditionnelle n’a pas:


(1) éliminer efficacement le tantale, le molybdène, le tungstène, le carbure de tungstène et d'autres inclusions haute densité (HDI) et le nitrure de titane. Oxyde de titane et autres inclusions à faible densité (LDI);


(2) peut accepter une variété de méthodes d'alimentation, la récupération des résidus de titane est relativement facile, c'est-à-dire qu'elle peut utiliser d'autres méthodes de fusion ne peut pas utiliser les déchets, peut encore produire des lingots de titane purs, réduire considérablement le coût des produits;


(3) il peut être directement prélevé sur le liquide métallique pour analyse et analyse;


(4) peut produire des billettes en forme, réduire les processus de production, réduire la consommation de matières premières, améliorer le rendement;


EBCHM présente toujours les inconvénients suivants:


(1) la fusion doit être effectuée dans des conditions de vide poussé, de sorte que l’éponge de titane à haute teneur en chlorure ne puisse pas être fondue directement;


(2) les éléments d'alliage sont volatils et difficiles à contrôler la composition chimique.


3.2 méthode de fusion du lit de jalousie à froid avec plasma (méthode du tube PCHM )


La méthode PCHM UTILISE l’arc de plasma généré par l’ionisation de gaz inertes en tant que source de chaleur et peut être utilisée pour compléter la fusion dans une large plage de pressions allant du vide poussé à une pression proche de la pression atmosphérique. La caractéristique de cette méthode est qu’elle peut garantir la composition de l’alliage avec une pression de vapeur différente, et il n’existe aucune possibilité évidente d’améliorer les propriétés de l’alliage traditionnel dans le procédé de fusion. Pour le titane et les alliages de titane, un lingot idéal peut être obtenu en une seule fusion. Les avantages de la méthode PCHM moderne incluent:


(1) l'investissement en équipement est faible, facile à utiliser, sûr et fiable;


(2) peut utiliser différents types et formes de matières premières, le taux de récupération des résidus est élevé;


(3) assurer la diversité de la composition chimique des alliages;


(4) la réalisation d'un recyclage coûteux du gaz inerte, réduisant les coûts de production. L'inconvénient de la méthode PCHM est son faible rendement électrique. EBCHM et PCHM ont en commun la capacité d’éliminer HDI et LDI. Le premier est plus approprié pour la fusion de titane pur. Pour les alliages, ce dernier est plus approprié. Comme la méthode VAR, les deux méthodes ci-dessus permettent d’atteindre un large éventail de contrôles de processus automatiques, y compris des paramètres de traitement (vitesse de fusion, distribution de la température pendant la fusion et la solidification, changement de composition lors de la fusion, degré d’élimination des inclusions insolubles, etc.) et de la qualité. .


4. Méthode de fusion en pot froid (méthode CCM)


Dans les années 1980, une société américaine de ferrosilicium a mis au point un procédé de fusion par induction sans scories et a appliqué la méthode CCM à la production industrielle, qui a été utilisée pour la production de lingots de titane et de pièces coulées en titane de précision. Ces dernières années, dans certains pays économiquement développés, la méthode CCM a commencé à entrer dans l’échelle de la production industrielle, avec un diamètre maximal du lingot et une longueur de 2 m, et ses perspectives de développement sont remarquables. Le processus de fusion CCM est réalisé dans un creuset en métal composé de blocs en forme d'arc ou de tuyaux en cuivre refroidis par eau qui ne sont pas conducteurs entre eux. Le principal avantage de cette combinaison réside dans le fait que l’espace entre chacun des deux blocs correspond à un champ magnétique accru et que la forte agitation générée par le champ magnétique rend la composition chimique et la température cohérentes, améliorant ainsi la qualité du produit. La méthode CCM combine les caractéristiques de la méthode VAR et de la fusion par induction avec creuset de matériaux réfractaires, ce qui permet d'obtenir des lingots de haute qualité avec une composition uniforme et sans pollution des creusets sans matériaux réfractaires et sans fabrication d'électrodes. Comparée à la méthode VAR, la méthode CCM présente les avantages d’un faible coût d’équipement et d’un fonctionnement simple, mais cette technologie n’en est encore qu’au stade de développement.


5. Fonderie Electroslag (ESR)


ESR convertit l'énergie électrique en énergie thermique par la collision de particules chargées lorsqu'un courant passe à travers un laitier électroconducteur. La charge est fondue et raffinée par l'énergie thermique générée par la résistance au laitier. La méthode ESR UTILISE l’électrode consommable pour la fusion sous laitier électrolytique dans le laitier inactif (CaF2), qui peut être directement fondue et coulée dans des billettes de lingot de même forme avec une bonne qualité de surface, et qui convient au traitement direct dans le processus suivant. Les avantages de cette loi sont:


(1) la coaxialité complète du four ESR garantit la répétabilité de la coulée en lingot avec la meilleure qualité;


(2) cristallisation axiale du lingot, structure dense et uniforme;


(3) système de pesée à électrodes et système de contrôle du taux de fusion avec une précision extrêmement élevée;


(4) l'équipement est simple et facile à utiliser. L'inconvénient est que le lingot ne peut pas être pollué par les scories.