Как вакуумная дуга переворачивается создает окончательную чистоту титановых слитков?

В точной цепочке высококлассного производства, титановые слитки занимают незаменимую позицию с их уникальными металлическими свойствами. От легкой структуры аэрокосмических транспортных средств до коррозионной оболочки глубоководных зондов, от биомедицинских имплантатов до коррозионных трубопроводов в химической промышленности, чистота и однородность титановых сообщений непосредственно определяют пределы производительности этих применений. На пути к созданию титановых слитков, вакуумная дуга переворачивает (VAR) технологии похожа на точный скальпель. В течение трех раундов строгих процессов плавки примеси очищаются слоем слоем, и, наконец, титановый слиток с равномерной композицией и отличная производительность. Эта технология является не только гарантией чистоты титановых материалов, но и основной движущей силой для продвижения высококлассного производства для прорыва в узких местах материала.

Промышленная ценность титановых материалов происходит от его низкой плотности, высокой прочности, коррозионной стойкости и других характеристик, но производительность этих характеристик сильно зависит от чистоты материала. На микроскопическом уровне в титановой матрице существуют элементы примесей (такие как кислород, азот, углерод, железо и т. Д.) В форме включений или вторых фаз, образуя точки концентрации напряжения. Когда материал подвергается внешним силам или экстремальным средам, эти дефекты станут источником инициации трещин, что приведет к снижению прочности материала, потере вязкости и даже катастрофическому сбою. Например, аэрокосмическое поле имеет чрезвычайно высокие требования для усталости срока службы титановых материалов, и любые крошечные примеси могут стать скрытой опасностью для безопасности полетов; В биомедицинском поле примеси в имплантатах могут вызывать реакции отторжения или деградацию коррозии, угрожая здоровью пациентов.

Трудно полностью устранить примеси с традиционной технологией плавки, особенно тех элементов, которые образуют эвтектику или соединения с низким содержанием точек, с титаном. Эти примеси могут быть перераспределены при последующей обработке, образуя полосу сегрегации или региональные дефекты, еще больше ослабляя свойства материала. Следовательно, как достичь конечной чистоты титановых слитков посредством инноваций в процессе стало основным предложением титановой промышленности.

Вакуумная дуга Премирование технологии достигает глубокой очистки титановой жидкости посредством синергетического эффекта плавления электрода и затвердевания направления. Его техническая логика может быть разложена на три этапа ключевых:

В первом раунде процесса VAR потребляемый электрод (обычно отжимается из губки с высокой точностью и промежуточного сплава) нагревается и расплавляется дугой в вакуумной среде. Поскольку плавка осуществляется в вакуумных условиях, газовые примеси, такие как кислород и азот, эффективно подавляются; В то же время примеси высокого давления паров в титановой жидкости (например, хлориды магния и алюминия) улетали и выходят в процесс плавки. Этот этап может удалить около 50% первоначальных примесей, закладывая предварительную основу для чистоты титанового слитка.

Второй раунд VAR контролирует скорость затвердевания и градиент температуры для достижения гомогенизации композиции титановой жидкости во время затвердевания направления. Жидкий металл в нижней части расплавленного бассейна в первую очередь кристаллизуется, в то время как примеси обогащаются до вершины расплавленного пула из -за эффекта сегрегации. Когда электрод потребляется, область, обогащенная примесей, постепенно удаляется, чтобы он не вошел в конечный слиток. Этот процесс не только еще больше снижает содержание примесей, но и улучшает микроструктуру с помощью механизмов дендрита и перекристаллизации.

Третий раунд VAR фокусируется на очистке в микромасштабе. Оптимизируя параметры дуги и атмосферу плавки, размер и распределение включений можно точно контролировать. Например, технология электромагнитного перемешивания может ускорить плавание включений, в то время как сверхвысокая вакуумная среда (<10⁻³ PA) может ингибировать повторную адсорбцию примесей газа. Содержание кислорода в конечном слитках может быть уменьшено до ниже 0,1%, а содержание азота составляет менее 0,015%, что соответствует строгим стандартам аэрокосмического титана.

Улучшенная чистота, вызванная технологией VAR Титановые слитки , и изменяет возможность промышленного применения в нескольких измерениях:

1. Улучшение квантового уровня в производительности усталости
Снижение содержания примесей значительно снижает источник инициации трещин, что на несколько раз продлевает усталостную жизнь титановых материалов. Например, после того, как компрессорный диск авиационного двигателя изготавливается с помощью титановых слитков VAR, его высокая прочность на усталость высокого цикла увеличивается с 400 МПа до более чем 600 МПа, что удовлетворяет потребности двигателей нового поколения для снижения веса и повышения эффективности.

2. Основной прорыв в коррозионной стойкости
Пленка с плотной оксидной (tio₂), образованная на поверхности чистой титановой матрицы, имеет более высокую стабильность, а скорость коррозии снижается на два порядка в сильной кислоте, сильной щелочной или высокотемпературной среде. Это продлевает срок службы применения титановых слитков в химических трубопроводах, оборудовании для опреснения морской воды и других полях с 5 лет до более чем 20 лет.

3. Революционное улучшение в обработке производительности
Распределение равномерного состава устраняет дефекты сегрегации традиционных титановых слитков, значительно снижая риск растрескивания во время ковки, прокатки и других процессов обработки. В то же время содержание с низкой примесей уменьшает окисление поверхности и внутренние поры во время горячей работы, а скорость урожайности увеличивается с 70% до более чем 90%.

4. Краеугольный камень передовых применений, таких как сверхпроводимость и хранение водорода
В области сверхпроводящих титановых материалов технология VAR может контролировать содержание примесей на уровне PPM, чтобы обеспечить сверхпроводящую производительность материала при чрезвычайно низких температурах; В титановых сплавах хранения водорода чистая матрица может улучшить поглощение водорода и эффективность высвобождения и стабильность цикла.