Les méthodes de fusion d'alliage de titane sont généralement divisées en : 1. Méthode de fusion au four à arc consommable sous vide ; 2. Méthode de fusion du four à arc sous vide non consommable ; 3. Méthode de fusion à foyer froid; 4. Méthode de fusion au creuset froid ; 5. Electroslag fusion cinq méthodes.
1. Méthode de fusion du four à arc consommable sous vide (appelée méthode VAR)
Avec le développement de la technologie du vide et l'application des ordinateurs, la méthode VAR est rapidement devenue une technologie de production industrielle mature pour le titane, et la plupart des lingots de titane et de ses alliages d'aujourd'hui sont produits à l'aide de cette méthode. Les principales caractéristiques de la méthode VAR sont une faible consommation d'énergie, un taux de fusion élevé et une reproductibilité de bonne qualité. Les lingots fondus par la méthode VAR ont une bonne structure cristallographique et une composition chimique uniforme. Habituellement, le lingot fini doit être obtenu par fusion selon la méthode VAR. Au moins deux refusions sont nécessaires. Dans la production de lingots de titane par la méthode VAR, les processus utilisés par les fabricants du monde entier sont fondamentalement similaires, et la différence réside dans l'utilisation de différentes méthodes et équipements de préparation d'électrodes. La préparation des électrodes peut être divisée en trois catégories, l'une est l'utilisation d'électrodes intégrales qui sont pressées en continu par portions, éliminant le processus de soudage à l'électrode ; l'autre est le pressage d'électrodes monoblocs, qui sont taillées et soudées en électrodes consommables. Et par soudage à l'arc plasma argon ou soudage sous vide pour souder en un seul; la troisième consiste à utiliser d'autres méthodes de fusion pour préparer des électrodes coulées.
Caractéristiques techniques et avantages des fours VAR avancés modernes :
(1) Alimentation entièrement coaxiale, c'est-à-dire coaxialité complète sur la hauteur de tout le corps du four, appelée alimentation coaxiale', pour réduire l'occurrence de ségrégation ;
(2) L'étalonnage électrique dans le creuset peut être réglé avec précision sur l'axe X/axe Y ;
(3) Il dispose d'un système de pesée d'électrode précis et le taux de fusion est automatiquement contrôlé pour obtenir une fusion à vitesse constante. Qualité de fonte garantie ;
(4) Assurer la répétabilité et la cohérence de chaque fusion ;
(5) Flexibilité, c'est-à-dire qu'un four peut produire une variété de types de lingots et le lingot à grande échelle, ce qui peut grandement améliorer la productivité;
(6) Il a une bonne économie. La méthode "d'alimentation coaxiale" peut éviter la fuite de polarisation magnétique causée par le courant d'alimentation déséquilibré du creuset. Atténuer ou éliminer les effets néfastes des champs magnétiques induits sur les produits de fusion. Et le rendement électrique est amélioré, obtenant ainsi des lingots de qualité stable. Le but de la "fusion à vitesse constante" est d'améliorer la qualité du lingot, grâce au système de contrôle électronique avancé et au capteur de poids pour assurer une longueur d'arc et un taux de fusion constants pendant le processus de fusion, afin de contrôler le processus de solidification. Il peut efficacement empêcher la ségrégation et garantir la qualité inhérente du lingot. En plus des deux caractéristiques ci-dessus, le four VAR moderne pour la fusion du titane réalise également le four VAR à grande échelle. Le four VAR moderne peut fondre de gros lingots d'un diamètre de 1,5 m et d'un poids de 32 t. La méthode vAR est la méthode de fusion industrielle standard pour le titane et les alliages de titane modernes. Il y a les technologies suivantes à résoudre. Tout d'abord, la méthode de préparation des électrodes. Le processus de préparation des électrodes est très compliqué. Il est nécessaire d'utiliser une presse coûteuse pour presser l'éponge de titane, l'alliage intermédiaire et le matériau résiduel de retour dans une électrode intégrale ou un seul petit déclencheur électrique. Une seule électrode doit également être soudée dans une électrode consommable. Dans le même temps, afin d'assurer l'uniformité de la composition des électrodes consommables, il est également nécessaire de configurer les installations correspondantes telles que le tissu, le pesage et le mélange. Deuxièmement, il existe des défauts métallurgiques occasionnels tels que la ségrégation. Tels que la ségrégation de composition et la ségrégation de solidification. www.lh-ti.com a introduit que le premier est dû à la répartition inégale des éléments d'impureté ou des éléments d'alliage dans l'électrode. Ce dernier est causé par l'introduction occasionnelle d'inclusions à haute densité (HDI) et d'inclusions à faible densité (LDI) dans les matières premières ou le processus, et ces inclusions ne peuvent pas être complètement dissoutes pendant le processus de fusion. Conduire à la génération de défauts métallurgiques tels que des inclusions extrêmement nocives.
2. Méthode de fusion du four à arc sous vide non consommable (méthode Jian Mi NC)
À l'heure actuelle, l'électrode de cuivre refroidie à l'eau a remplacé la galvanoplastie au tungstène-thorium ou la galvanoplastie au graphite au stade initial de l'industrie du titane, résolvant le problème de la pollution industrielle, de sorte que la méthode NC est devenue une méthode importante pour la fusion du titane et du titane. or. Des fours NC fonctionnent déjà en Europe et en Amérique. Il existe deux types d'électrodes en cuivre refroidies à l'eau : l'une est auto-rotative ; l'autre est un champ magnétique tournant dont le but est d'empêcher l'arc de brûler l'électrode. Les fours NC peuvent également être divisés en deux types: l'un consiste à fondre les matières premières dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau et à les couler en lingots dans un moule en cuivre refroidi à l'eau; l'autre consiste à verser en continu des matières premières dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau, à les fondre et à les solidifier. Les avantages de la fusion NC sont les suivants : 1. Le processus de pressage des électrodes et des électrodes de soudage peut être omis ; 2. L'arc peut rester longtemps sur le matériau, améliorant ainsi l'homogénéisation de la composition du lingot ; 3. Les matières premières de différentes formes et tailles peuvent être utilisées pendant le processus de fusion, 100% de matière résiduelle peuvent également être ajoutées pour réaliser le recyclage du titane. En tant que procédé de fusion, la méthode NC est très bénéfique en termes d'amélioration du taux de récupération des matières résiduelles et de réduction des coûts. Habituellement, les fours NC et les fours VAR sont utilisés en combinaison pour tirer pleinement parti de leurs avantages respectifs.
3. Méthode de fusion à foyer froid (appelée méthode CHM)
Les défauts d'inclusion métallurgiques des lingots de titane et d'alliages de titane causés par la pollution des matières premières et un processus de fusion anormal ont toujours affecté l'application du titane et des alliages de titane dans le domaine aérospatial. Afin d'éliminer les inclusions métallurgiques dans les parties tournantes des moteurs d'avion en alliage de titane, la technologie de fusion à foyer froid a vu le jour. La principale caractéristique de la méthode CHM est la séparation des processus de fusion, d'affinage et de solidification, c'est-à-dire que la charge fondue est d'abord fondue après être entrée dans le foyer de lingue, puis entre dans la zone d'affinage du foyer froid pour l'affinage et se solidifie enfin. en lingots dans la zone de cristallisation. L'avantage significatif de la technologie CHM est qu'une croûte de condensat peut se former sur la paroi du lit du foyer froid, et sa "zone visqueuse" peut capturer des inclusions à haute densité (HDI) telles que WC, Mo, Ta, etc. en même temps, dans la zone d'affinage, des inclusions de faible densité Le temps de séjour prolongé des particules de (LDI) dans le liquide à haute température peut assurer la dissolution complète du LDI, éliminant ainsi efficacement les défauts d'inclusion. C'est-à-dire. Le mécanisme de purification de la fusion à foyer froid peut être divisé en deux types : la séparation par gravité et la séparation par fusion.
3.1 Méthode de fusion à foyer froid par faisceau d'électrons (EBCHM en abrégé) La fusion par faisceau d'électrons (EB en abrégé) est un processus dans lequel l'énergie des électrons à grande vitesse est utilisée pour que le matériau lui-même génère de la chaleur pour la fusion et l'affinage. Un four EB à sole froide est appelé EBCHM. La méthode EBCHM a d'excellentes fonctions que la méthode de fusion traditionnelle n'a pas :
(1) Élimine efficacement les inclusions à haute densité (HDI) telles que le tantale, le molybdène, le tungstène, le carbure de tungstène et le nitrure de titane. Inclusions de faible densité (LDI) telles que l'oxyde de titane ;
(2) Il peut accepter une variété de méthodes d'alimentation et la récupération des résidus de titane est relativement facile, c'est-à-dire que des déchets qui ne peuvent pas être utilisés par d'autres méthodes de fusion peuvent être utilisés et que des lingots de titane pur peuvent toujours être obtenus, ce qui réduit considérablement le coût du produit;
(3) Il peut être directement échantillonné à partir du liquide métallique pour analyse et test ;
(4) Il peut produire des lingots de forme spéciale, réduire le processus de production, réduire la consommation de matières premières et améliorer le rendement ;
La méthode EBCHM présente également les inconvénients suivants :
(1) La fusion doit être effectuée dans des conditions de vide poussé, de sorte que le titane spongieux à haute teneur en chlorure ne peut pas être utilisé pour la fusion directe ;
(2) Les éléments d'alliage sont volatils et difficiles à contrôler la composition chimique.
3.2 Méthode de fusion plasma à lit froid (appelée méthode PCHM)
La méthode PCHM utilise l'arc plasma généré par l'ionisation du gaz inerte comme source de chaleur et peut terminer la fusion dans une large plage de pression allant du vide faible à la pression atmosphérique proche. La caractéristique notable de cette méthode est qu'elle peut garantir des composants d'alliage avec différentes pressions de vapeur, et il n'y a pas de différence évidente dans le processus de fusion. Cette méthode a la capacité d'améliorer les propriétés traditionnelles des métaux et peut réaliser la fusion d'alliages diversifiés. C'est une méthode plus économique que les méthodes de fusion traditionnelles. méthode de fusion. En utilisant cette méthode de fusion, pour le titane et les alliages de titane, des lingots idéaux peuvent être obtenus en une seule fusion. Les avantages de la méthode PCHM moderne sont :
①L'investissement en équipement est faible, facile à utiliser, sûr et fiable ;
② Différents types et formes de matières premières peuvent être utilisées, et le taux de récupération des matières résiduelles est élevé ;
③ Assurer la composition chimique des alliages diversifiés ;
④ Réaliser une récupération et une réutilisation coûteuses des gaz inertes, réduisant ainsi les coûts de production. L'inconvénient de la méthode PCHM est le faible rendement électrique. EBCHM et PCHM sont similaires en ce sens qu'ils peuvent tous deux éliminer HDI et LDI. Généralement, le premier est plus adapté à la fusion du titane pur ; pour les alliages, ce dernier est plus approprié. Comme la méthode VAR, les deux méthodes ci-dessus réalisent une large gamme de contrôle d'automatisation de processus, y compris les paramètres de processus (vitesse de fusion, distribution de température pendant la fusion et la solidification, changements de composition pendant la fusion, degré d'élimination des inclusions insolubles, etc.) et qualité . .
4. Méthode de fusion en creuset froid (méthode CCM en abrégé)
Dans les années 1980, l'American Ferrosilicon Company a développé le procédé de fusion par induction sans laitier et a poussé la méthode CCM vers des applications de production industrielle pour la production de lingots de titane et de pièces moulées de précision en titane. Ces dernières années, dans certains pays économiquement développés, la méthode CCM a commencé à entrer à l'échelle de la production industrielle. Le diamètre maximal du lingot est de 1 m et la longueur est de 2 m, et sa perspective de développement est accrocheuse. Le processus de fusion de la méthode CCM est effectué dans un creuset métallique qui est une combinaison de blocs d'arc refroidis à l'eau ou de tubes de cuivre qui ne sont pas conducteurs les uns aux autres. Le plus grand avantage de cette combinaison est que l'espace entre chacun des deux blocs est un champ magnétique amélioré, et le champ magnétique fort est généré. L'agitation aligne la composition chimique et la température, ce qui améliore la qualité du produit. La méthode CCM combine les caractéristiques de la méthode VAR et de la fusion par induction en creuset des matériaux réfractaires. Il ne nécessite pas de matériaux réfractaires ni d'électrodes pour obtenir des lingots de haute qualité avec une composition uniforme et sans pollution du creuset. Par rapport à la méthode VAR, la méthode CCM présente les avantages d'un faible coût d'équipement et d'un fonctionnement simple, mais du point de vue actuel, la technologie est encore au stade de développement.
5. Méthode de fusion sous laitier électroconducteur (appelée méthode ESR)
La méthode ESR convertit l'énergie électrique en énergie thermique en utilisant la collision de particules chargées lorsqu'un courant électrique traverse le laitier électrique conducteur. C'est-à-dire que l'énergie thermique générée par la résistance au laitier est utilisée pour fondre et affiner la charge. La méthode ESR utilise des électrodes consommables pour la fusion des scories électrolytiques dans les scories inactives (CaF2), qui peuvent être directement coulées en lingots de même forme et ont une bonne qualité de surface, ce qui convient au traitement direct dans le processus suivant. Les avantages de cette méthode sont :
(1) La coaxialité complète du four ESR assure la répétabilité des lingots de la meilleure qualité ;
(2) Le lingot est cristallisé dans la direction axiale et la structure est dense et uniforme;
(3) Système de pesée des électrodes et système de contrôle du taux de fusion avec une précision extrêmement élevée ;
(4) L'équipement est simple et le fonctionnement est pratique. L'inconvénient est que la contamination du lingot par le laitier ne peut pas être drainée.
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