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钛合金的五种熔炼方法

2021-06-22

  钛合金的五种熔炼方法

  钛合金熔炼方法一般分为:1.真空自耗电弧炉熔炼法;2.非自耗真空电弧炉熔炼法;3.冷炉床熔炼法;4.冷埚熔炼法;5.电渣熔炼法五种方法。

  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法很快成为钛的成熟的工业生产技术,今天的钛及其合金铸锭绝大部分是使用此方法生产的。VAR法显著特点是功率消耗低、熔化速度高和良好的质量重现性,VAR法熔炼的铸锭具有良好的结晶组织和均匀的化学成分。通常,成品铸锭应由VAR法熔炼制得.至少要经过两次重熔。用VAR法生产钛铸锭,世界各国生产厂家使用的工艺基本相似,差别在于使用不同的电极制备方式和设备.电极制备可分为三大类,一是采用按份加料连续压制的整体电极,排除了电极焊接工序:二是单块电极压制,拼焊成自耗电极。并通过等离子氩弧焊或真空焊焊接成一体;三是利用其它熔炼法制备铸造电极。

  2.非自耗真空电弧炉熔炼法(简祢NC法)

  目前,水冷铜电极已经取代了钛工业起步阶段的钨一钍台金电投或石墨电扳,解决了工业污染问题,从而使NC法成为熔炼钛及钛台金的重要方法,几吨级的NC炉已在欧美运转。

  水冷铜电极分为两种类型:一种是自旋转的;另一种是旋转磁场的,其目的在于防止电弧对电极的烧损。

  NC炉也可分为两种:一种是在水冷铜坩埚内熔炼原料,在水冷铜模中浇铸成铸锭;另一种是在水冷铜坩埚内连续投人原料,熔炼和凝固。

  NC法熔炼的优点是:①可以省去压制电极和焊接电极工序;②可以使电弧在物料上停留较长时间,从而提高铸锭成分均匀化程度;③可以使用不同形状和尺寸的原料,在熔炼过程中还可以加入100%残料,实现钛的再循环利用。

  NC法作为一次熔炼,从提高残料回收率和降低成本来看是相当有利的。通常,NC炉和VAR炉联台使用,以充分发挥各自的优势。

  3.冷炉床熔炼法(简称CHM法)

  由原料的污染和熔炼工艺过程异常引起的钛及钛舍金铸锭的冶金夹杂缺陷,一直影响着钛及钛台金在航空航天领域的应用.为了消除钛合金飞机发动机旋转部件中的冶金夹杂,冷炉床熔炼技术应运而生。

  CHM法的特点是将熔化,精炼和凝固过程的分离,即熔化的炉料进入玲炉床后先进行熔化,然后进入冷炉床的精炼区进行精炼,在结晶区凝固成锭。CHM技术显著的优势是在冷炉床床壁能形成凝壳,它的“粘滞区”能够捕捉如WC,Mo,Ta等高密度夹杂物(HDI),同时,在精区,低密度夹杂(LDI)颗粒在高温液体中滞留时间延长,可以确保LDI的完全溶解,从而有效地清除夹杂缺陷。也就是说.冷炉床熔炼的提纯机理可分为比重分离和熔解分离两种。

  4.冷埚熔炼法(简称CCM法)

  8O年代美国硅铁公司,发展了无渣感应熔炼工艺,把CCM法推向工业生产应用,用于生产钛锭和钛的精密铸件。近年来在一些经济发达地区,CCM法已经开始步人工业化生产规模,铸锭大直径为l m,长度2m,其发展前景令人瞩目。CCM法熔炼过程是在一个彼此不导电的水冷弧形块或铜管组合的金属坩埚里进行,这种组合的优点在于,每两个块间的间隙都是一个增强磁场,磁场产生的强烈搅拌使化学成分和温度一致,从而提高了产品质量。CCM法兼有VAR法和难熔材料坩埚感应熔炼的特点,不需耐火材料,不必制作电极即可获得一次熔炼成分均匀而无坩埚污染的高质量铸锭。CCM法与VAR法相比具有设备成本低,操作简便等优点,但从目前来看该技术仍处于发展阶段。

  5.电渣熔炼法(简称ESR法)

  ESR法是利用电流通过导电电渣时带电粒子的相互碰撞,而将电能转化为热能的。即以熔渣电阻产生的热能将炉料熔化和精炼。ESR法使用自耗电极在非活性渣(CaF2)中进行电渣熔炼,它可直接熔铸成同形状的锭坯,并且具有良好的表面质量,适宜于下道工序直接加工。该法的优点在于:

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