טכנולוגיה ואפשרות טכנית להתכה של חומרים מסגסוגת טיטניום כגון מוט טיטניום ומוט מסגסוגת טיטניום -2

1.3 שיטת התכה באח קר (בקיצור שיטת CHM)

פגמי ההכללה המתכתיים של מטילי טיטניום וסגסוגת טיטניום הנגרמים על ידי זיהום חומר גלם ותהליך התכה חריג השפיעו תמיד על היישום שלבר טיטניום דרגה 5וסגסוגת טיטניום בתחום התעופה והחלל. על מנת לחסל את מנוע המטוסים מסגסוגת טיטניום חלקים מסתובבים תכלילים מתכתיים, נוצרה טכנולוגיית התכת האח הקרה. המאפיין הגדול ביותר של שיטת CHM הוא הפרדת תהליכי התכה, זיקוק והתמצקות, כלומר, המטען המותך נכנס תחילה לאח לצורך התכה, לאחר מכן נכנס לאזור הזיקוק של האח הקרה לצורך זיקוק, ולבסוף מתמצק למטילים ב. אזור התגבשות.

היתרון המשמעותי של טכנולוגיית CHM הוא בכך שהיא יכולה ליצור מעטפת קונדנסט על דופן האח הקר, ו"האזור הצמיג" שלו יכול ללכוד תכלילים בצפיפות גבוהה (HDI) כגון WC, Mo, Ta וכו'. זמן, באזור הזיקוק, תכלילים בצפיפות נמוכה (HDI) חלקיקי זמן השהייה הממושכים (LDI) בנוזל בטמפרטורה גבוהה יכולים להבטיח פירוק מלא של LDI, ובכך למעשה הסרת פגמי הכללה. כְּלוֹמַר. ניתן לחלק את מנגנון הטיהור של התכה באח קר להפרדת משקל סגולי והפרדת התכה.

1.3.1 שיטת המסת האח הקרה של קרן אלקטרונים (בקיצור שיטת EBCHM) התכת קרן אלקטרונים (בקיצור EB) היא תהליך טכנולוגי שבו נעשה שימוש באנרגיה של אלקטרונים במהירות גבוהה כדי לגרום לחומר עצמו לייצר חום לצורך התכה וזיקוק. תנור EB עם אח קר נקרא EBCHM. לשיטת EBCHM פונקציות מצוינות שאין לשיטת ההיתוך המסורתית:

(1) הסר ביעילות תכלילים בצפיפות גבוהה (HDI) וטיטניום ניטריד כגון טנטלום, מוליבדן, טונגסטן וטונגסטן קרביד. תחמוצת טיטניום ותכלילים אחרים בצפיפות נמוכה (LDI);

(2) ניתן לקבל מגוון שיטות האכלה, והשחזור של שאריות טיטניום קל יחסית, כלומר ניתן להשתמש בחומרי פסולת שלא ניתן להשתמש בהם בשיטות התכה אחרות, ועדיין ניתן לייצר מטילי טיטניום טהורים, אשר מאוד מפחית את עלות המוצרים;

(3) ניתן לדגום ולנתח אותו ישירות ממתכת מותכת;

(4) הוא יכול לייצר מטילי צורה מיוחדים, להפחית את תהליכי הייצור, להפחית את צריכת חומרי הגלם ולהגדיל את התשואה; לשיטת EBCHM יש גם את החסרונות הבאים:

(1) ההיתוך צריך להתבצע בתנאי ואקום גבוה, כך שלא ניתן להמיס ישירות ספוג טיטניום עם תכולת כלוריד גבוהה;

(2) יסודות סגסוגת הם נדיפים וקשים לשליטה בהרכב הכימי.

1.3.2 שיטת התכה של מיטה קרה בפלזמה (המכונה שיטת PCHM)

שיטת ה-PCHM משתמשת בקשת הפלזמה שנוצרת על ידי יינון של גז אינרטי כמקור חום, ויכולה להשלים התכה בטווח לחצים רחב מוואקום נמוך ועד ללחץ אטמוספרי קרוב. התכונה הבולטת של שיטה זו היא שהיא יכולה להבטיח רכיבי סגסוגת עם לחצי אדים שונים, ואין אובדן שריפה ברור במהלך תהליך ההיתוך, והיא יכולה גם לחסל פגמים מתכתיים של HDI ו-LDI.

לשיטה זו יש את היכולת לשפר את המאפיינים של מתכות טייוואניות מסורתיות, והיא יכולה לממש את ההתכה של סגסוגות מגוונות. זוהי שיטת התכה חסכונית בהשוואה לשיטות התכה מסורתיות.

בשיטה זו של התכה, עבור טיטניום וסגסוגות טיטניום, ניתן לקבל מטיל אידיאלי בהתכה אחת.

היתרונות של שיטת PCHM המודרנית הם:

①השקעה בציוד נמוכה, קלה לתפעול, בטוחה ואמינה;

② ניתן להשתמש בחומרי גלם מסוגים וצורות שונות, ושיעור ההחלמה של חומרים שיוריים גבוה;

③ להבטיח את ההרכב הכימי של סגסוגות מגוונות;

④ הבינו את ההתאוששות והשימוש החוזר בגז אינרטי יקר, תוך הפחתת עלויות הייצור. החיסרון של שיטת PCHM הוא שהיעילות החשמלית נמוכה.

EBCHM ו-PCHM דומים בכך ששניהם יכולים לחסל HDI ו-LDI. בדרך כלל, הראשון מתאים יותר להתכה של טיטניום טהור; בעוד עבור סגסוגות, האחרון מתאים יותר.

בדומה לשיטת VAR, שתי השיטות לעיל מממשות מגוון רחב של בקרת אוטומציה של תהליכים, כולל פרמטרים של תהליך (מהירות התכה, חלוקת טמפרטורה במהלך ההתכה והתמצקות, שינויים בהרכב במהלך ההתכה, הסרת תכלילים בלתי מסיסים וכו') ואיכות.

1.4 שיטת התכה של כור היתוך קר (המכונה שיטת CCM)

בשנות ה-80 פיתחה חברת Ferrosilicon האמריקאית תהליך התכת אינדוקציה ללא סיגים ודחפה את שיטת CCM לייצור תעשייתי לייצור מטילי טיטניום ויציקות טיטניום מדויקות. בשנים האחרונות, בחלק מהמדינות המפותחות מבחינה כלכלית, שיטת CCM החלה להיכנס לתיעוש קנה המידה של הייצור, הקוטר המרבי של המטיל הוא 1 מ', אורכו 2 מ' וסיכוי הפיתוח שלו מרשים.

תהליך ההיתוך של שיטת CCM מתבצע בכור מתכת המורכב מגושי קשת מקוררים במים או צינורות נחושת שאינם מוליכים הדדיים. היתרון הגדול ביותר של שילוב זה הוא שהפער בין כל שני בלוקים הוא שדה מגנטי מוגבר, והשדה המגנטי החזק שנוצר ערבול הופך את ההרכב הכימי והטמפרטורה לעקביים, מה שמשפר את איכות המוצר.

שיטת CCM משלבת את המאפיינים של שיטת VAR והמסת כור היתוך של חומרים עקשנים. הוא אינו דורש חומרים עקשניים ואינו צריך לייצר אלקטרודות כדי לקבל מטילי איכות גבוהה עם הרכב אחיד וללא זיהום כור היתוך.

בהשוואה לשיטת VAR, לשיטת CCM יש את היתרונות של עלות ציוד נמוכה ותפעול קל, אך הטכנולוגיה עדיין בשלב הפיתוח כיום.

1.5 שיטת התכת Electroslag (המכונה שיטת ESR)

שיטת ESR ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית חום על ידי ניצול התנגשות של חלקיקים טעונים כאשר זרם עובר דרך אלקטרוסלג מוליך. כלומר, המטען נמס ומתעדן על ידי אנרגיית החום שנוצרת מהתנגדות הסיגים. שיטת ESR משתמשת באלקטרודות מתכלות לביצוע התכת אלקטרוסלג בסיג לא פעיל (CaF2), שניתן להמיס ישירות וליצוק למטילים באותה צורה, ובעל איכות פני השטח טובה, המתאימה לעיבוד ישיר בתהליך הבא. היתרונות של שיטה זו הם:

(1) הקואקסיאליות המלאה של תנור ESR מבטיחה את יכולת החזרה של המטיל האיכותי ביותר;

(2) התגבשות צירית של מטיל, מבנה קומפקטי ואחיד;

(3) מערכת שקילת אלקטרודות מדויקת במיוחד ומערכת בקרת קצב התכה;

(4) הציוד פשוט וקל לתפעול. החיסרון הוא שלא ניתן להסיר את זיהום המטיל על ידי הסיגים.

2. ניתוח שיטות התכה שונות

לאיכות מטילי טיטניום יצוק יש השפעה מכרעת על מבנה המיקרו והתכונות של חומרים מעובדים קרים וחמים לאחר מכן. האיכות של מטילי טיטניום וסגסוגת טיטניום נמדדת בעיקר מההיבטים הבאים:

① האם ההרכב הכימי של חלקים שונים של המטיל הוא אחיד;

②האם הזיהומים העיקריים (Fe, O וכו') נשלטים בטווח מתאים;

③ האם ישנם פגמים כגון תכלילים, הפרדה, נקבוביות, סדקים, חללי התכווצות ותפוזים דלילים בתוך המטיל;

④ האם פני השטח של המטיל חלקים, ללא רווחים, והגודל של הסרת חלל התכווצות הראש.

טכנולוגיית התעופה והחלל של ימינו מציגה דרישות איכות מחמירות יותר עבור סרגל טיטניום דרגה 5 ומטילי סגסוגת טיטניום. בנוסף לשליטה קפדנית על איכות תהליך הייצור, יש להשתמש בהתכה מרובה, שלפחות אחת מהן מתבצעת בוואקום לקבלת מטילי איכות גבוהה. זה מחייב את המאפיינים של כל שיטת התכה חייבים להיות מנוצלים באופן מקיף כדי לממש את התהליך המתכתי הפיזי של טיטניום וסגסוגות טיטניום, כדי להשיג מטילי טיטניום וסגסוגת טיטניום באיכות גבוהה הניתנים לשחזור ברציפות עם ביצועים מעולים.

3. אאוטלוק

מבחינה כלכלית, כשיטת הייצור העיקרית, שיטת VAR תמשיך לספק חומרי טיטניום איכותיים לתחומי תעופה ולא תעופה, ועדיין תהווה שיטה אידיאלית להתכת טיטניום וסגסוגות טיטניום. עם זאת, הבעיות של הכנת אלקטרודות וניקוי מטיל עדיין צריכות להיפתר. שיטת NC מתאימה בעיקר לשחזור ולהתכה של המטען המוחזר. שיטות EBCHM ו-PCHM יכולות לספק בר טיטניום דרגה 5 באיכות גבוהה יותר וטיטניום לתעופה וחלל ולתחומים אחרים עם היתרונות הייחודיים שלהם. מטיל סגסוגת. בעתיד הקרוב, זה בהחלט יהפוך לחלק חשוב בתהליך ההיתוך הסטנדרטי של טיטניום. עדיין יש צורך לשפר ולשכלל את שיטת CCM ושיטת ESR, וניתן להיכנס לייצור בקנה מידה תעשייתי.