Hvordan skaber vakuumbue -remeltning den ultimative renhed af titanium ingots?

I præcisionskæden for avanceret fremstilling indtager titaniumindgange en uerstattelig position med deres unikke metalegenskaber. Fra den lette struktur af rumfartsbiler til den korrosionsbestandige skal af dybhavsprober, fra biomedicinske implantater til korrosionsbestandige rørledninger i den kemiske industri, bestemmer renheden og ensartetheden af ​​titaniumindgange direkte ydelsesgrænserne for disse anvendelser. På vejen til smedning af titanium -ingots er Vacuum Arc Remelting (VAR) -teknologi som en præcis skalpell. Gennem tre runder med strenge smelteprocesser skrælles urenheder af lag for lag, og til sidst kastes en titaniumindgang med ensartet sammensætning og fremragende ydelse. Denne teknologi er ikke kun en garanti for renheden af ​​titaniummaterialer, men også kerne-drivkraften til at fremme avanceret fremstilling til at bryde igennem materielle flaskehalse.

Den industrielle værdi af titaniummaterialer kommer fra dens lave densitet, høje styrke, korrosionsbestandighed og andre egenskaber, men ydeevnen for disse egenskaber er meget afhængig af materialets renhed. På det mikroskopiske niveau findes urenhedselementer (såsom ilt, nitrogen, kulstof, jern osv.) I titaniummatrixen i form af indeslutninger eller anden faser, der danner stresskoncentrationspunkter. Når materialet udsættes for eksterne kræfter eller ekstreme miljøer, vil disse defekter blive kilden til knækinitiering, hvilket resulterer i et fald i materialestyrke, tab af sejhed og endda katastrofal svigt. For eksempel har rumfartsfeltet ekstremt høje krav til træthedslivet for titaniummaterialer, og eventuelle små urenheder kan blive en skjult fare for flyvesikkerhed; I det biomedicinske felt kan urenheder i implantater forårsage afvisningsreaktioner eller korrosionsnedbrydning, hvilket truer patienternes helbred.

Det er vanskeligt at eliminere urenheder fuldstændigt med traditionel smeltningsteknologi, især de elementer, der danner eutektik eller lavt smeltningspunktforbindelser med titanium. Disse urenheder kan omfordeles i efterfølgende behandling, danner båndet adskillelse eller regionale defekter, hvilket yderligere svækker de materielle egenskaber. Derfor er hvordan man opnår den ultimative renhed af titanium -ingots gennem procesinnovation blevet kerneforslaget for titaniumindustrien.

Vakuumbue -remeltningsteknologi opnår dyb oprensning af titaniumvæske gennem den synergistiske virkning af elektrodesmeltning og retningsbestemt størkning. Dens tekniske logik kan nedbrydes i tre nøglefaser:

I den første runde af VAR-processen opvarmes og smeltes den forbrugbare elektrode (normalt presset fra høj-rensningssvampetitanium og mellemlegering) og smeltes af bue i et vakuummiljø. Da smeltningen udføres under vakuumbetingelser, undertrykkes gasforureninger såsom ilt og nitrogen effektivt; På samme tid volatiliseres og slipper og flugt under smelteprocessen (som chlorider af magnesium og aluminium) med høj damptryk. Dette trin kan fjerne ca. 50% af de oprindelige urenheder og lægge et foreløbigt fundament for renheden af ​​Titanium Ingot.

Den anden runde af VAR kontrollerer størkningshastigheden og temperaturgradienten for at opnå sammensætningshomogenisering af titaniumvæsken under retningsbetydet størkning. Det flydende metal i bunden af ​​den smeltede pool krystalliserer først, mens urenheder er beriget til toppen af ​​den smeltede pool på grund af segregeringseffekten. Når elektroden forbruges, fjernes det urenhedsberigede område gradvist for at forhindre, at den kommer ind i den endelige ingot. Denne proces reducerer ikke kun urenhedsindholdet yderligere, men forbedrer også mikrostrukturen gennem dendritknusnings- og omkrystallisationsmekanismer.

Den tredje runde af VAR fokuserer på oprensning ved mikroskalaen. Ved at optimere lysbue -parametrene og smelteatmosfæren kan størrelsen og fordelingen af ​​indeslutninger kontrolleres nøjagtigt. F.eks. Kan elektromagnetisk omrøringsteknologi fremskynde flydningen af ​​indeslutninger, mens det ultrahøje vakuummiljø (<10⁻³ PA) kan hæmme readsorptionen af ​​gasforureninger. Oxygenindholdet i den endelige INGOT kan reduceres til under 0,1%, og nitrogenindholdet er mindre end 0,015%og opfylder de strenge standarder for luftfarts-titanium.

Den forbedrede renhed, der er bragt af VAR -teknologi, oversættes direkte til et spring i udførelsen af Titanium ingots , og omformer muligheden for industrielle applikationer i flere dimensioner:

1. Forbedring på kvantniveau i træthedsydelse
Reduktionen i urenhedsindholdet reducerer kilden til knækinitiering markant, hvilket udvider træthedens levetid for titaniummaterialer med flere gange. For eksempel, efter at kompressorskiven fra en flysmotor er fremstillet med var titanium-ingots, øges dens højcyklus træthedsstyrke fra 400 MPa til mere end 600 MPa, hvilket imødekommer behovene i den nye generation af motorer for at reducere vægt og øge effektiviteten.

2. Væsentligt gennembrud i korrosionsbestandighed
Den tætte oxidfilm (TiO₂) dannet på overfladen af ​​den rene titaniummatrix har højere stabilitet, og korrosionshastigheden reduceres med to størrelsesordener i stærk syre, stærke alkali eller høje temperaturmiljøer. Dette udvider anvendelsens levetid for var titanium ingots i kemiske rørledninger, afsaltningsudstyr og andre felter fra 5 år til mere end 20 år.

3. revolutionær forbedring af behandlingens ydeevne
Den ensartede sammensætningsfordeling eliminerer adskillelsesdefekterne ved traditionelle titanium -ingots, hvilket reducerer risikoen for at revne under smedning, rullende og andre behandlingsprocesser. På samme tid reducerer indholdet med lavt urenhed overfladeoxidation og interne porer under varmt arbejde, og udbyttehastigheden øges fra 70% til mere end 90%.

4. hjørnestenen i banebrydende applikationer såsom superledningsevne og brintopbevaring
Inden for superledende titaniummaterialer kan VAR -teknologi kontrollere urenhedsindholdet på PPM -niveau for at sikre, at materialets superledende ydeevne ved ekstremt lave temperaturer; I brintopbevaringstitanlegeringer kan den rene matrix forbedre hydrogenabsorptionen og frigørelseseffektiviteten og cyklusstabiliteten.