عملية صهر وصب التيتانيوم وسبائك التيتانيوم

التيتانيوم معدن شديد التفاعل. في الحالة السائلة، يتفاعل بسرعة كبيرة مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والكربون. ولذلك، يجب أن يتم ذوبان سبائك التيتانيوم تحت حماية أعلى من الفراغ أو الغاز الخامل (الأرجون أو النيون). البوتقات المستخدمة في الصهر كلها عبارة عن بوتقات نحاسية مبردة بالماء. هناك ثلاث طرق رئيسية لعملية صهر محددة: (1) صهر فرن القوس الكهربائي غير القابل للاستهلاك. يتم صهر السبائك تحت حماية الفراغ أو الغاز الخامل. تقوم العملية بشكل أساسي بإعداد الأقطاب الكهربائية عن طريق صهر الأقطاب الكهربائية المستهلكة. (2) يستخدم صهر فرن القوس الكهربائي ذو القطب الكهربائي القابل للاستهلاك قطبًا كهربائيًا مستهلكًا مصنوعًا من التيتانيوم أو سبائك التيتانيوم ككاثود، وبوتقة نحاسية مبردة بالماء مثل الأنود. يدخل القطب المنصهر إلى البوتقة على شكل قطرات مكونًا بركة منصهرة. يتم تسخين سطح البركة المنصهرة بواسطة القوس ويكون دائمًا في حالة سائلة، ويجبر الجزء السفلي ومحيط البوتقة على التبريد، مما يؤدي إلى التبلور من الأسفل إلى الأعلى. يتصلب المعدن المنصهر الموجود في البركة المنصهرة ويتحول إلى سبيكة تيتانيوم. (3) رسم تخطيطي لجهاز صهر حماية غلاف تخثر القطب الكهربائي الفراغي. لقد تم تطوير فرن الصهر هذا على أساس فرن القوس الكهربائي ذو القطب الكهربائي الفراغي. إنه نوع فرن لصب الأجزاء ذات الشكل الخاص مع الصهر والصب بالطرد المركزي. أكبر ميزة لها هي وجود قشرة رقيقة صلبة من سبائك التيتانيوم بين بوتقة النحاس المبردة بالماء وذوبان المعدن، وهو ما يسمى بالقشرة الصلبة. تعمل هذه الطبقة من الغلاف المتصلب من نفس المادة بمثابة البطانة الداخلية للبوتقة، وتشكل بركة منصهرة لتخزين سائل التيتانيوم. لتجنب تلوث البوتقة بسائل سبائك التيتانيوم. بعد الصب، يمكن الاستمرار في استخدام القشرة الصلبة المتبقية في النفايات كبطانة للبوتقة.

في السنوات الأخيرة، مع تطور العلوم والتكنولوجيا واحتياجات الإنتاج، تم بحث وتطوير طرق ومعدات جديدة لصهر المعادن النشطة مثل سبائك التيتانيوم، بما في ذلك بشكل رئيسي أفران شعاع الإلكترون، وأفران البلازما، وأفران الحث الفراغي. ، وتم تطبيقه إلى حد ما. ومع ذلك، من خلال مقارنة المؤشرات الفنية والاقتصادية مثل استهلاك الطاقة، وسرعة الصهر، والتكلفة، لا يزال صهر فرن القوس الكهربائي ذو القطب الكهربائي القابل للاستهلاك (بما في ذلك الفرن الصدفي) هو طريقة الصهر الأكثر اقتصادية وقابلة للتطبيق. نظرًا للخصائص الفيزيائية والكيميائية للتيتانيوم، فإن عملية صب سبائك التيتانيوم لها متطلباتها وخصائصها الفريدة من حيث كمية مواد التشكيل وطرق المعالجة. إحداها هي مادة القولبة التي تتطلب درجة حرارية عالية جدًا؛ والآخر هو أن الصب يجب أن يتم تحت حماية درجة عالية نسبيًا من الفراغ أو الغاز الخامل، وفي بعض الأحيان تكون قوة الطرد المركزي مطلوبة أيضًا. تختلف مادة القشرة، وتنقسم قذيفة الاندماج إلى ثلاثة أنظمة مختلفة.

(1) نظام غلاف الجرافيت النقي. يتم استخدام مسحوق الجرافيت بأحجام مختلفة من الجسيمات كمواد حشو حرارية ومواد صنفرة، ويستخدم الراتنج كمواد رابطة. يتميز الغلاف بالقوة العالية والوزن الخفيف والتكلفة المنخفضة ومصدر واسع للمواد الخام. مناسبة للصب بالطرد المركزي أو الجاذبية.

(2) نظام غلاف سطحي معدني مقاوم للحرارة. إنه نظام مركب، إلا أن الطبقة السطحية تتطلب عملية خاصة بسبب اختلاف مواد القولبة (المعادن المقاومة للحرارة مثل مسحوق التنغستن)، في حين أن الطبقة الخلفية هي نفس طبقة الفولاذ المصبوب من مواد القولبة إلى الصب الاستثماري. عملية صنع القشرة .

(3) نظام قذيفة السيراميك أكسيد. تستخدم كل من الطبقة السطحية والطبقة الخلفية لقشرة القالب الأكسيد كمواد قولبة، وبالتالي فإن غلاف القالب يتمتع بقوة عالية والتوصيل الحراري هو الأصغر بين أغطية القالب الثلاثة، وهو مناسب لصب المصبوبات ذات الجدران الرقيقة ذات المواد المعقدة الأشكال.

إن مصبوبات التيتانيوم المصبوبة بواسطة أنظمة القشرة الثلاثة المذكورة أعلاه لها اختلاف بسيط في التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية؛ لكن جودة السطح مختلفة بشكل كبير، ومعدل انكماش القذيفتين الأخيرتين أصغر بكثير من قذائف الجرافيت، وبالتالي فإن دقة الأبعاد للمسبوكات ضعيفة.