Verfahren zum Schmelzen von Titanstäben und Stabmaterialien aus Titanlegierungen

Schmelzverfahren für Titanlegierungen: Schmelzverfahren im Vakuum-Lichtbogenofen (bezeichnet als VAR-Methode), Schmelzverfahren im Vakuum-Lichtbogenofen ohne Verbrauch (Jianni NC-Methode), Kaltherd-Schmelzverfahren (bezeichnet als CHM-Methode), Kalttopf-Schmelzverfahren (bezeichnet als CCM-Methode), Elektroschlacke-Schmelzmethode (bezeichnet als ESR-Methode).
1. Vakuum-Verbrauchs-Elektrolichtbogenofen-Schmelzverfahren (als VAR-Verfahren bezeichnet)
Mit der Entwicklung der Vakuumtechnologie und dem Einsatz von Computern hat sich die VAR-Methode schnell zu einer ausgereiften industriellen Produktionstechnologie für Titan entwickelt. Die meisten heutigen Titan- und Titanbarren werden mit dieser Methode hergestellt. Die herausragenden Merkmale der VAR-Methode sind ein geringer Stromverbrauch, eine hohe Schmelzgeschwindigkeit und eine gute Reproduzierbarkeit der Qualität. Der nach der VAR-Methode geschmolzene Barren weist eine gute Kristallstruktur und eine gleichmäßige chemische Zusammensetzung auf.
Technische Merkmale und Vorteile moderner VAR-Öfen:
(1) Die vollständige koaxiale Leistungsaufnahme, d. h. vollständige Koaxialität über die gesamte Höhe des Ofens, wird als koaxiale Stromversorgung bezeichnet, wodurch das Auftreten von Entmischungen verringert wird.
(2) Die elektrische Kalibrierung im Tiegel kann in X-Achsen-/Y-Achsen-Richtung feinabgestimmt werden.
(3) Es verfügt über ein genaues Elektrodenwiegesystem, um eine konstante Schmelzgeschwindigkeit zu erreichen. Es gewährleistet nicht nur die Schmelzqualität, sondern auch die Wiederholbarkeit und Konsistenz jedes Schmelzvorgangs.
(4) Flexibilität, das heißt, ein Ofen kann verschiedene Barrentypen produzieren und die Barrengröße erhöhen, was die Produktivität erheblich verbessern kann.

(5) Es hat eine gute Wirtschaft.
Mit der Methode der „koaxialen Stromversorgung“ können magnetische Leckagen vermieden werden, die durch einen unausgeglichenen Versorgungsstrom des Tiegels verursacht werden, die nachteiligen Auswirkungen des induzierten Magnetfelds auf die Schmelzprodukte abgeschwächt oder beseitigt werden und der elektrische Wirkungsgrad verbessert werden, wodurch Barren mit stabiler Qualität erhalten werden.
Moderne VAR-Öfen können große Barren mit einem Durchmesser von 1,5 m und einem Gewicht von 32 t schmelzen. Es sind technische Probleme zu lösen: Erstens die Methode zur Elektrodenvorbereitung. Der Elektrodenvorbereitungsprozess ist sehr umständlich. Zum Schmelzen von Titanschwamm und Vorlegierung ist eine teure Presse erforderlich. Und das zurückgeführte Restmaterial wird in eine Massivelektrode oder einen einzelnen kleinen Elektroschrauber gepresst. Die einzelne Elektrode muss außerdem in eine abschmelzende Elektrode eingeschweißt werden. Um gleichzeitig die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Verbrauchselektrode zu gewährleisten, ist es auch erforderlich, Tuch-, Wiege-, Misch- usw. entsprechende Einrichtungen zu konfigurieren. Zweitens gibt es gelegentlich metallurgische Defekte wie Entmischungen, beispielsweise Zusammensetzungsentmischungen und Erstarrungsentmischungen. Ersteres wird durch die ungleichmäßige Verteilung von Verunreinigungselementen oder Legierungselementen in der Elektrode verursacht, die erstarrt, bevor die Verteilung während des Schmelzens ausgeglichen werden kann; Letzteres wird durch das gelegentliche Einbringen von Einschlüssen hoher Dichte (HDI) und Einschlüssen niedriger Dichte (HDI) in Rohstoffe oder Prozesse verursacht. LDI) können diese Einschlüsse während des Schmelzprozesses nicht vollständig aufgelöst werden, was zu äußerst schädlichen Einschlüssen und anderen metallurgischen Mängeln führt.
2. Nicht verbrauchbares Vakuum-Lichtbogenofen-Schmelzverfahren (Jianmi NC-Verfahren)
Gegenwärtig haben wassergekühlte Kupferelektroden die Wolfram-Thorium-Titan-Elektroden oder Graphitelektroden in der Anfangsphase der Titanindustrie ersetzt, wodurch das Problem der industriellen Umweltverschmutzung gelöst wurde und die NC-Methode zu einer wichtigen Methode zum Schmelzen von Titan und Titantitan wurde. Mehrere Tonnen NC Der Ofen ist bereits in Europa und den Vereinigten Staaten in Betrieb.
Die Vorteile des NC-Schmelzens sind:
(1) Der Vorgang des Pressens von Elektroden und Schweißen von Elektroden kann entfallen;
(2) Dadurch kann der Lichtbogen längere Zeit auf dem Material verbleiben, wodurch die Gleichmäßigkeit der Barrenzusammensetzung verbessert wird.
(3) Es können Rohstoffe unterschiedlicher Form und Größe verwendet und während des Schmelzprozesses 100 % Reststoffe hinzugefügt werden, um das Titanrecycling zu realisieren. Als einmaliges Schmelzen ist das NC-Verfahren im Hinblick auf die Verbesserung der Rückgewinnungsrate von Restmaterialien und die Reduzierung der Kosten recht vorteilhaft. Normalerweise werden NC-Öfen und VAR-Öfen zusammen verwendet, um ihre jeweiligen Vorteile voll auszuschöpfen.
3. Kaltherdschmelzmethode (kurz CHM-Methode)
Metallurgische Einschlussdefekte in Titan- und Titanlegierungsbarren, die durch Rohstoffverunreinigungen und abnormale Schmelzprozesse verursacht werden, haben schon immer die Anwendung von Titan und Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrt beeinträchtigt. Um metallurgische Einschlüsse in rotierenden Teilen von Flugzeugtriebwerken aus Titanlegierung zu beseitigen, wurde die Kaltherdschmelztechnologie entwickelt. Das größte Merkmal des CHM-Verfahrens ist die Trennung von Schmelz-, Raffinierungs- und Erstarrungsprozessen, d. h. die geschmolzene Charge gelangt in den Kaltherd und wird zunächst geschmolzen, gelangt dann zum Raffinieren in den Raffinierungsbereich des Kaltherds und erstarrt schließlich zu Barren im Kristallisationsbereich.