ما هي العمليات التي تتم في صهر وصب سبائك التيتانيوم؟
تتضمن عملية صهر وصب سبائك التيتانيوم بشكل أساسي مراحل متعددة مثل تكرير المواد الخام، والتكرير، وإعداد القالب، وتجميع الأقطاب الكهربائية، والصهر، والصب، والتبريد، والتنظيف. فيما يلي العمليات الثلاث الرئيسية لعملية صهر وصب سبائك التيتانيوم: الخلط، وتجميع الأقطاب الكهربائية، وإدخال الصب:
1. تكرير المواد الخام:
تبدأ عملية صهر وصب سبائك التيتانيوم بتكرير المواد الخام. بشكل عام، المواد الخام الرئيسية هي خامات التيتانيوم، مثل الروتيل والإلمنيت وما إلى ذلك. تحتاج هذه الخامات إلى المرور عبر عمليات مثل إثراء الخام والسحق لاستخراج ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) بدرجة نقاء أعلى.
يتم تكرير ثاني أكسيد التيتانيوم الناتج إلى تيتانات مكلورة عالية النقاء من خلال طرق مثل الغلاف الجوي أو المذيبات أو التفاعل الكيميائي. تتضمن هذه العملية أيضًا سلسلة من عمليات الفصل والتنقية والتفاعلات الكيميائية للتأكد من أن المنتج النهائي يتمتع بالنقاء المطلوب. تحدد سبائك التيتانيوم نسبة عناصر السبائك وفقًا للمبادئ التالية:
(1) نطاق التقلب المسموح به لعناصر السبائك ومحتوى الشوائب ونطاق التركيب الأمثل المطلوب للسبائك للحصول على الأداء الأمثل؛
(2) طريقة الصهر وعدد مرات الصهر؛
(3) معدل فقدان الاحتراق ومعدل تبخر عناصر السبائك أثناء عملية صهر النفايات الفراغية؛
(4) طرق الإضافة والخواص الفيزيائية لعناصر السبائك.
بشكل عام، بالنسبة للعناصر ذات معدل فقدان الاشتعال العالي وسهولة التطاير، يجب أن تكون نسب مكوناتها قريبة من الحد الأعلى أو تتجاوزه، بينما بالنسبة للعناصر الأقل عرضة لفقد التطاير، يجب أن تكون نسب مكوناتها في النطاق المتوسط من المطلوب يتراوح.
2. تثبيط كتل القطب
تحضير القالب:
إعداد القالب يشير إلى تحضير القالب للصب، أي الشكل النهائي لسبائك التيتانيوم. عادةً ما يتضمن ذلك استخدام قوالب رملية خاصة أو غيرها من المواد المقاومة للحرارة العالية لتحضير القالب المناسب لشكل المنتج النهائي. المتطلبات الرئيسية للأقطاب الكهربائية في صهر المواد الاستهلاكية هي:
(1) القوة الكافية؛
(2) الموصلية الكافية؛
(3) الاستقامة.
(4) يتم توزيع عناصر السبائك الموجودة في القطب بشكل معقول؛
(5) خالية من الرطوبة والتلوث.
هناك طريقتان لإعداد الأقطاب الكهربائية المتكاملة: الضغط (ينقسم أيضًا إلى الضغط الرأسي والضغط الأفقي) والبثق (ينقسم أيضًا إلى الضغط الأفقي والرأسي). الطريقة الأكثر استخدامًا هي طريقة القمع.
ترتبط كثافة كتلة القطب بالمادة الخام المضغوطة. بشكل عام، يجب أن تكون كثافة كتلة القطب أكبر من 3.2 جم/سم 3 لتلبية متطلبات الذوبان. بشكل عام، يتم استخدام مكبس بضغط يتراوح من 300 إلى 500 ميجا باسكال.
لحام تجميع القطب الكهربائي هو تجميع ولحام كتل قطب كهربائي مفردة مضغوطة في أقطاب كهربائية ذات المقطع العرضي والطول المطلوبين لصهر القوس المستهلك. غالبًا ما يتم استخدام لحام البلازما المحمي بالأرجون ولحام البلازما الفراغية ولحام شعاع الإلكترون في الصناعة. من أجل منع اختلاط شوائب الجاذبية النوعية العالية، لا يتم استخدام اللحام بقوس التنغستن بشكل عام. نقاء غاز الأرجون للحام هو 99.99%.
3. تسمى الفترة من بداية إمداد الطاقة حتى اكتمال ذوبان الشحنة بالكامل (باستثناء الجسر القوسي الصلب فوق البركة المنصهرة) بمرحلة ذوبان الشحنة.
في المرحلة المبكرة من الصهر، تكون المقاومة المحددة للشحنة المضافة حديثًا كبيرة، وتكون الأقطاب الكهربائية على اتصال مباشر بالشحنة، ويتم تسخين الشحنة بواسطة حرارة مقاومة الشحنة. في هذا الوقت، يكون تيار الإدخال صغيرًا ولكنه مستقر نسبيًا، ويهيمن تسخين المقاوم خلال هذه الفترة. لكنها لم تدم طويلا. عندما تذوب الشحنة الموجودة تحت القطب الكهربائي لتشكل ثلاثة "أحواض منصهرة بوتقة"، تتولد حرارة القوس بين الأقطاب الكهربائية و"حوض البوتقة المنصهر"، مما يؤدي إلى تسخين الشحنة، ويتوسع البركة المنصهرة تدريجيًا إلى الخارج حتى يتم توصيل الأقطاب الكهربائية الثلاثة. "بركة ذوبان كبيرة". أثناء الانتقال من "حوض البوتقة المنصهر" إلى "حوض المنصهر الكبير"، بسبب تقليل مادة الفرن غير المنصهرة، تصبح مقاومتها المحددة أصغر تدريجيًا، وبالتالي تنخفض حرارة مقاومة مادة الفرن تدريجيًا؛ وحرارة القوس بين القطب و"حوض البوتقة المنصهر" تزداد نسبة الخرج تدريجياً. بعد حوالي نصف ساعة من بداية الذوبان، تصبح حرارة القوس هي المهيمنة. "الفترة الانتقالية" المذكورة أعلاه هي فترة غير مستقرة لذوبان خبث التيتانيوم العالي. أولاً، لأن مقاومة الخط الذي يمر من خلاله التيار (القطب الكهربائي ← حوض البوتقة ← مادة الفرن غير المنصهرة ← حوض البوتقة ← القطب الكهربائي) تتغير مع مرور الوقت؛ ثانيًا، غالبًا ما تنهار المادة الصلبة الموجودة فوق "حوض البوتقة" في البركة المنصهرة، مما يسبب ردود فعل عنيفة، ويؤدي إلى غليان الخبث. علاوة على ذلك، فإن ظاهرة "انهيار المواد وغليان الخبث" غير منتظمة.
