Hur skapar vakuumbåge -remelting den ultimata renheten av titangöt?

I precisionskedjan med avancerad tillverkning upptar titangötar en oerättlig position med sina unika metallegenskaper. Från den lätta strukturen hos flygfordon till korrosionsbeständiga skal av djuphavsprober, från biomedicinska implantat till korrosionsbeständiga rörledningar i den kemiska industrin, bestämmer renheten och enhetligheten hos titangöt direkt prestationsgränserna för dessa tillämpningar. På vägen till smidning av Titanium Ingrots är Vacuum Arc Remelting (VAR) -teknologi som en exakt skalpell. Genom tre omgångar med rigorösa smältprocesser skalas föroreningar av skiktet med lager, och slutligen är en titangöt med enhetlig komposition och utmärkt prestanda gjuten. Denna teknik är inte bara en garanti för renheten hos titanmaterial, utan också kärnkraften för att främja avancerad tillverkning för att bryta igenom materialflaskhalsar.

Det industriella värdet på titanmaterial kommer från dess låga densitet, hög styrka, korrosionsbeständighet och andra egenskaper, men prestandan för dessa egenskaper är mycket beroende av materialets renhet. På mikroskopisk nivå finns föroreningselement (såsom syre, kväve, kol, järn, etc.) i titanmatrisen i form av inneslutningar eller andra faser, och bildar spänningskoncentrationspunkter. När materialet utsätts för yttre krafter eller extrema miljöer kommer dessa defekter att bli källan till sprickinitiering, vilket resulterar i en minskning av materiell styrka, förlust av seghet och till och med katastrofalt fel. Till exempel har flyg- och rymdfältet extremt höga krav för trötthetslivet för titanmaterial, och eventuella små föroreningar kan bli en dold fara för flygsäkerhet; Inom det biomedicinska området kan föroreningar i implantat orsaka avstötningsreaktioner eller nedbrytning av korrosion, vilket hotar patienternas hälsa.

Det är svårt att helt eliminera föroreningar med traditionell smältningsteknologi, särskilt de element som bildar eutektik eller lågsmältpunktföreningar med titan. Dessa föroreningar kan omfördelas vid efterföljande bearbetning, bilda bandad segregering eller regionala defekter, vilket ytterligare försvagar materialegenskaperna. Därför har hur man uppnår den ultimata renheten av titangöt genom processinnovation blivit kärnförslaget för titanindustrin.

Vakuumbåge -remeltningsteknik uppnår djup rening av titanvätska genom den synergistiska effekten av elektrodsmältning och riktningsstelning. Dess tekniska logik kan sönderdelas i tre viktiga steg:

I den första omgången av VAR-processen upphettas och smältes den förbrukningselektrod (vanligtvis pressad från hög renhetstitan och mellanliggande legering) av bågen i en vakuummiljö. Eftersom smältningen utförs under vakuumförhållanden undertrycks gasföroreningar såsom syre och kväve effektivt; Samtidigt flyktar och flyktar höga ångtrycket i titanvätskan (såsom klorider av magnesium och aluminium) under smältprocessen. Detta steg kan ta bort cirka 50% av de ursprungliga föroreningarna och lägga en preliminär grund för renheten av titangötet.

Den andra omgången av VAR styr stelningshastigheten och temperaturgradienten för att uppnå sammansättningshomogenisering av titanvätskan under riktningsstelning. Den flytande metallen i botten av den smälta poolen kristalliseras först, medan föroreningar berikas till toppen av den smälta poolen på grund av segregeringseffekten. När elektroden konsumeras avlägsnas det föroreningsberikade området gradvis för att förhindra att den kommer in i den slutliga götet. Denna process minskar inte bara föroreningsinnehållet utan förbättrar också mikrostrukturen genom dendritkrossning och omkristallisationsmekanismer.

Den tredje omgången av VAR fokuserar på rening vid mikroskalan. Genom att optimera bågparametrarna och smältatmosfären kan storleken och fördelningen av inneslutningar kontrolleras exakt. Exempelvis kan elektromagnetisk omrörningsteknologi påskynda flytande av inneslutningar, medan den ultrahöga vakuummiljön (<10⁻³ PA) kan hämma återadsorptionen av gasföroreningar. Syreinnehållet i den slutliga götet kan reduceras till under 0,1%, och kväveinnehållet är mindre än 0,015%, vilket uppfyller de stränga standarderna för titan för rymdkvalitet.

Den förbättrade renheten som väckts av VAR -tekniken översätter direkt till ett språng i utförandet av titangöt och omformar möjligheten till industriella tillämpningar i flera dimensioner:

1. Förbättring av kvantnivå i trötthetsprestanda
Minskningen av föroreningsinnehållet minskar signifikant källan till sprickinitiering, vilket förlänger trötthetslivet för titanmaterial med flera gånger. Till exempel, efter att kompressorskivan på en flygmotor har tillverkats med VAR Titanium-göt, ökas dess högcykeltrötthetsstyrka från 400 MPa till mer än 600 MPa, vilket tillgodoser behoven hos den nya generationen av motorer för att minska vikten och öka effektiviteten.

2. Väsentligt genombrott i korrosionsbeständighet
Den täta oxidfilmen (Tio₂) bildad på ytan av den rena titanmatrisen har högre stabilitet, och korrosionshastigheten reduceras med två storlekar i starka syra, starka alkali- eller högtemperaturmiljöer. Detta utvidgar tillämpningslivslängden för var titangöt i kemiska rörledningar, avsaltningsutrustning för havsvatten och andra fält från 5 år till mer än 20 år.

3. Revolutionär förbättring av bearbetningsprestanda
Den enhetliga sammansättningsfördelningen eliminerar segregeringsdefekterna för traditionella titangöt, vilket avsevärt minskar risken för sprickbildning under smidning, rullning och andra bearbetningsprocesser. Samtidigt minskar innehållet med låg förorening ytoxidation och inre porer under varmt arbete, och avkastningshastigheten ökas från 70% till mer än 90%.

4. Hörnstenen i banbrytande applikationer som superledningsförmåga och vätelagring
Inom området superledande titanmaterial kan VAR -teknik styra föroreningsinnehållet på PPM -nivån för att säkerställa materialets superledande prestanda vid extremt låga temperaturer; I väte -lagringstitanlegeringar kan den rena matrisen förbättra väteabsorptionen och frisättningseffektiviteten och cykelstabiliteten.