Hoe creëert vacuümbogen de ultieme zuiverheid van titanium -ingots?

In de precisieketen van high-end productie nemen titanium ingots een onvervangbare positie in met hun unieke metaaleigenschappen. Van de lichtgewicht structuur van ruimtevaartvoertuigen tot de corrosiebestendige schaal van diepzeesondes, van biomedische implantaten tot corrosiebestendige pijpleidingen in de chemische industrie, de zuiverheid en uniformiteit van titanium ingots bepalen direct de prestatielimieten van deze toepassingen. Op weg naar het smeden van titanium ingots, is vacuümboog remelt (VAR) -technologie als een precieze scalpel. Door drie rondes van rigoureuze smeltprocessen worden onzuiverheden door laag afgezet, en ten slotte worden een titanium -ingot met uniforme samenstelling en uitstekende prestaties gegoten. Deze technologie is niet alleen een garantie voor de zuiverheid van titaniummaterialen, maar ook de kerndrijvende kracht voor het bevorderen van high-end productie om materiële knelpunten te doorbreken.

De industriële waarde van titaniummaterialen komt van de lage dichtheid, hoge sterkte, corrosieweerstand en andere kenmerken, maar de prestaties van deze kenmerken zijn sterk afhankelijk van de zuiverheid van het materiaal. Op microscopisch niveau bestaan ​​onzuiverheidselementen (zoals zuurstof, stikstof, koolstof, ijzer, enz.) In de titaniummatrix in de vorm van insluitsels of tweede fasen, waardoor spanningsconcentratiepunten worden gevormd. Wanneer het materiaal wordt onderworpen aan externe krachten of extreme omgevingen, worden deze defecten de bron van scheurinitiatie, wat resulteert in een afname van materiaalsterkte, verlies van taaiheid en zelfs catastrofaal falen. Het ruimtevaartveld heeft bijvoorbeeld een extreem hoge vereisten voor de vermoeidheidsleven van titaniummaterialen, en eventuele kleine onzuiverheden kunnen een verborgen gevaar worden voor de veiligheid van de vlucht; In het biomedische veld kunnen onzuiverheden in implantaten afstotingsreacties of corrosieafbraak veroorzaken, waardoor de gezondheid van patiënten wordt bedreigd.

Het is moeilijk om onzuiverheden volledig te elimineren met traditionele smelttechnologie, met name die elementen die eutectics vormen of laagsmeltende puntverbindingen met titanium. Deze onzuiverheden kunnen worden herverdeeld in de daaropvolgende verwerking, waardoor gestreepte segregatie of regionale defecten worden gevormd, waardoor de materiaaleigenschappen verder worden verzwakt. Daarom is het bereiken van de ultieme zuiverheid van titanium ingots door procesinnovatie de kernpropositie van de titaniumindustrie geworden.

Vacuümboog remelt technologie bereikt een diepe zuivering van titaniumvloeistof door het synergetische effect van elektrodesmelten en directionele stolling. De technische logica kan worden ontleed in drie belangrijke fasen:

In de eerste ronde van het VAR-proces wordt de verbruikbare elektrode (meestal geperst uit hoogzuiver spons titanium en tussenliggende legering) verwarmd en gesmolten door boog in een vacuümomgeving. Omdat het smelten wordt uitgevoerd onder vacuümomstandigheden, worden gas onzuiverheden zoals zuurstof en stikstof effectief onderdrukt; Tegelijkertijd vervanden hoge dampdrukonzuiverheden in de titaniumvloeistof (zoals chloriden van magnesium en aluminium) en ontsnappen tijdens het smeltproces. Deze fase kan ongeveer 50% van de oorspronkelijke onzuiverheden verwijderen en een voorlopige basis leggen voor de zuiverheid van de titanium Ingot.

De tweede ronde van VAR regelt de stollingsnelheid en temperatuurgradiënt om samenstellingshomogenisatie van de titaniumvloeistof te bereiken tijdens directionele stolling. Het vloeibare metaal aan de onderkant van het gesmolten pool kristalliseert eerst, terwijl onzuiverheden worden verrijkt tot de bovenkant van het gesmolten pool vanwege het segregatie -effect. Naarmate de elektrode wordt verbruikt, wordt het door de onzuiverheid verrijkte gebied geleidelijk verwijderd om te voorkomen dat deze de uiteindelijke ingot invoert. Dit proces vermindert niet alleen verder de onzuiverheidsinhoud, maar verbetert ook de microstructuur door dendrite verpletterende en herkristallisatiemechanismen.

De derde ronde van VAR richt zich op zuivering op de microschaal. Door de ARC -parameters en de smeltatmosfeer te optimaliseren, kunnen de grootte en verdeling van insluitsels nauwkeurig worden gecontroleerd. Elektromagnetische roerende technologie kan bijvoorbeeld het zweven van insluitsels versnellen, terwijl de ultrahoge vacuümomgeving (<10⁻³ PA) de heradsorptie van gas onzuiverheden kan remmen. Het zuurstofgehalte van het uiteindelijke ingot kan worden gereduceerd tot minder dan 0,1%, en het stikstofgehalte is minder dan 0,015%en voldoet aan de stringente normen van titanium voor ruimtevaartkwaliteit.

De verbeterde zuiverheid die door VAR -technologie wordt gebracht, vertaalt zich direct in een sprong in de uitvoering van titanium ingots en hervormt de mogelijkheid van industriële toepassingen in meerdere dimensies:

1. Verbetering van kwantumniveau in vermoeidheidsprestaties
De vermindering van de onzuiverheidsgehalte vermindert de bron van crack -initiatie aanzienlijk, waardoor de vermoeidheidsleven van titaniummaterialen meerdere keren wordt verlengd. Nadat de compressorschijf van een vliegtuigmotor bijvoorbeeld is vervaardigd met VAR Titanium Ingots, wordt de kracht met hoge cyclus verhoogd van 400 MPa tot meer dan 600 MPa, waardoor voldoet aan de behoeften van de nieuwe generatie motoren om het gewicht te verminderen en de efficiëntie te verhogen.

2. Essentiële doorbraak in corrosieweerstand
De dichte oxidefilm (Tio₂) gevormd op het oppervlak van de zuivere titaniummatrix heeft een hogere stabiliteit en de corrosiesnelheid wordt verlaagd door twee orden van grootte in sterk zuur, sterke alkali of hoge temperatuuromgevingen. Dit verlengt de toepassingsleven van Var Titanium Ingots in chemische pijpleidingen, ontziltingsapparatuur voor zeewater en andere velden van 5 jaar tot meer dan 20 jaar.

3. Revolutionaire verbetering van de verwerkingsprestaties
De uniforme samenstellingsverdeling elimineert de segregatiedefecten van traditionele titanium -ingots, waardoor het risico op kraken tijdens smeed-, rollende en andere verwerkingsprocessen aanzienlijk wordt verminderd. Tegelijkertijd vermindert het gehalte aan lage onzuiverheid de oppervlakte -oxidatie en interne poriën tijdens hete werking, en de opbrengstsnelheid wordt verhoogd van 70% tot meer dan 90%.

4. De hoeksteen van geavanceerde toepassingen zoals supergeleiding en waterstofopslag
Op het gebied van supergeleidende titaniummaterialen kan VAR -technologie het onzuiverheidsgehalte op PPM -niveau regelen om de supergeleidende prestaties van het materiaal bij extreem lage temperaturen te waarborgen; In titaniumlegeringen van waterstofopslag kan de pure matrix de waterstofabsorptie en afgifte -efficiëntie en cyclusstabiliteit verbeteren.