W jaki sposób hemelowanie łuku próżniowego tworzy ostateczną czystość wlewków tytanu?

W precyzyjnym łańcuchu wysokiej klasy produkcji wlewki tytanu zajmują niezastąpioną pozycję z ich unikalnymi metalowymi właściwościami. Od lekkiej struktury pojazdów lotniczych po odporną na korozję skorupę sond głębinowych, od implantów biomedycznych po potokowe oporne na korozję w przemyśle chemicznym, czystość i jednolitość wlewów tytanowych bezpośrednio określa granice wydajności tych zastosowań. Na drodze do tworzenia wlewków tytanowych technologia próżniowa (VAR) jest jak precyzyjna skalpel. W trzech rundach rygorystycznych procesów wytopu zanieczyszczenia są oderwiane warstwą warstwą, a wreszcie tytanowy wlewkę o jednolitym składzie i doskonałej wydajności. Technologia ta jest nie tylko gwarancją czystości materiałów tytanowych, ale także podstawową siłą napędową promowania produkcji wysokiej klasy w celu przebicia wąskich gardeł.

Wartość przemysłowa materiałów tytanowych wynika z jego niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości, odporności na korozję i innych cech, ale wydajność tych cech zależy wysoce od czystości materiału. Na poziomie mikroskopowym elementy zanieczyszczenia (takie jak Gdy materiał jest poddawany siłom zewnętrznym lub ekstremalnym środowiskom, wady te staną się źródłem inicjacji pęknięć, powodując zmniejszenie siły materiału, utratę wytrzymałości, a nawet katastrofalną awarię. Na przykład pole lotnicze ma wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące życia zmęczenia materiałów tytanowych, a wszelkie niewielkie zanieczyszczenia mogą stać się ukrytym zagrożeniem dla bezpieczeństwa lotu; W dziedzinie biomedycznej zanieczyszczenia w implantach mogą powodować reakcje odrzucenia lub degradację korozji, grożąc zdrowiem pacjentów.

Trudno jest całkowicie wyeliminować zanieczyszczenia z tradycyjną technologią wytopu, zwłaszcza tych elementów, które tworzą eutektykę lub związki o niskim poziomie z tytanu. Zanieczyszczenia te mogą być redystrybuowane w późniejszym przetwarzaniu, tworząc segregację pasmową lub wady regionalne, dodatkowo osłabiając właściwości materialne. Dlatego jak osiągnąć ostateczną czystość wlewków tytanu poprzez innowacje procesowe, stała się podstawową propozycją przemysłu tytanowego.

Technologia remontu łuku próżniowego osiąga głębokie oczyszczanie cieczy tytanowej poprzez synergiczny efekt topnienia elektrod i zestalania kierunkowego. Jego logikę techniczną można rozłożyć na trzy kluczowe etapy:

W pierwszej rundzie procesu VAR elektroda zużywacza (zwykle wyciśnięta z tytanu gąbki o dużej czystości i stopu pośredniego) jest podgrzewana i stopiona przez łuk w środowisku próżniowym. Ponieważ wytopanie jest przeprowadzane w warunkach próżniowych, zanieczyszczenia gazowe, takie jak tlen i azot, są skutecznie tłumione; Jednocześnie zanieczyszczenia wysokiego ciśnienia pary w cieczy tytanowej (takich jak chlorki magnezu i aluminium) ulegają ujeżdżanie i uciekając podczas procesu wytopu. Ten etap może usunąć około 50% pierwotnych zanieczyszczeń, stanowiąc wstępny fundament czystości tysięcy.

Druga runda VAR kontroluje szybkość zestalania i gradient temperatury, aby osiągnąć homogenizację składu cieczy tytanowej podczas solidifikacji kierunkowej. Ciekły metal na dole stopionego basenu krystalizuje się najpierw, podczas gdy zanieczyszczenia są wzbogacone na szczyt stopionego puli z powodu efektu segregacji. W miarę zużycia elektrody obszar wzbogacony przez zanieczyszczenie jest stopniowo usuwany, aby zapobiec wejściu do ostatecznego wlewki. Proces ten nie tylko zmniejsza zawartość zanieczyszczenia, ale także poprawia mikrostrukturę poprzez mechanizmy kruszenia i rekrystalizacji dendrytu.

Trzecia runda VAR koncentruje się na oczyszczaniu w mikroskali. Dzięki optymalizacji parametrów łuku i atmosfery wytopu rozmiar i rozkład wtrąceń można precyzyjnie kontrolować. Na przykład technologia mieszania elektromagnetycznego może przyspieszyć pływanie wtrąceń, podczas gdy ultra wysokie środowisko próżniowe (<10⁻³ PA) może hamować ponowną liczbę zanieczyszczeń gazowych. Zawartość tlenu w końcowym wlewce można zmniejszyć do poniżej 0,1%, a zawartość azotu jest mniejsza niż 0,015%, spełniając rygorystyczne standardy tytanu klasy lotniczej.

Ulepszona czystość wniesiona przez technologię VAR bezpośrednio przekłada się na skok w wydajności Wlewki tytanu i przekształca możliwość zastosowań przemysłowych w wielu wymiarach:

1. Poprawa na poziomie kwantowym wydajności zmęczenia
Zmniejszenie zawartości zanieczyszczeń znacznie zmniejsza źródło inicjacji pęknięć, rozszerzając żywotność zmęczeniową materiałów tytanowych. Na przykład po wyprodukowaniu dysku sprężarki silnika samolotu z wlewkami Var Titanium jego wytrzymałość zmęczeniowa o wysokiej zawartości cyklu jest zwiększona z 400 MPa do ponad 600 MPa, zaspokajając potrzeby nowej generacji silników w celu zmniejszenia wagi i zwiększenia wydajności.

2. Niezbędny przełom w odporności na korozję
Gęsta folia tlenku (TiO₂) utworzona na powierzchni czystych macierzy tytanowej ma większą stabilność, a szybkość korozji jest zmniejszona o dwa rzędy wielkości w silnym kwasie, silnym alkalicznym lub wysokiej temperaturze. Rozszerza to okres zastosowania wlewków tytanu VAR w rurociągach chemicznych, sprzęcie do odsalania wody morskiej i innych dziedzinach od 5 lat do ponad 20 lat.

3. Rewolucyjna poprawa wydajności przetwarzania
Jednolity rozkład składu eliminuje defekty segregacji tradycyjnych wlewków tytanu, znacznie zmniejszając ryzyko pękania podczas kucia, toczenia i innych procesów przetwarzania. Jednocześnie niska zawartość zanieczyszczenia zmniejsza utlenianie powierzchni i wewnętrzne pory podczas pracy na gorąco, a szybkość wydajności wzrasta z 70% do ponad 90%.

4. Kamień węgielny najnowocześniejszych zastosowań, takich jak nadprzewodnictwo i magazynowanie wodoru
W dziedzinie nadprzewodzących materiałów tytanowych technologia VAR może kontrolować zawartość zanieczyszczenia na poziomie PPM, aby zapewnić nadprzewodniczą wydajność materiału w bardzo niskich temperaturach; W stopach magazynowania wodoru czysta matryca może poprawić wchłanianie i uwolnienie wodoru i stabilność cyklu.