Νέα μέθοδος και εξοπλισμός για την τήξη και χύτευση κράματος τιτανίου Ti-13Nb-13Zr

Το τιτάνιο Ti-13Nb-13Zr κατατάσσεται στην τέταρτη θέση μεταξύ των μεταλλικών στοιχείων στον φλοιό της γης όσον αφορά τα αποθέματα μετά το σίδηρο, το αλουμίνιο και τον χαλκό. Επιπλέον, τα κράματα τιτανίου έχουν μια σειρά από εξαιρετικές επιδόσεις, και έτσι χρησιμοποιούνται όλο και πιο ευρέως. Τα κράματα τιτανίου μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε κράματα τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας, δομικά κράματα τιτανίου και λειτουργικά κράματα τιτανίου ανάλογα με το υπόβαθρο εφαρμογής τους. Το τιτάνιο είναι ένα πολύ ενεργό μέταλλο, σε υγρή κατάσταση, και η αντίδραση οξυγόνου, αζώτου, υδρογόνου και άνθρακα είναι αρκετά γρήγορη, επομένως η τήξη του κράματος τιτανίου πρέπει να είναι σε υψηλότερη προστασία κενού ή αδρανούς αερίου (ar ή ne). Χωνευτήριο τήξης με υδρόψυκτο χωνευτήριο χαλκού, η συγκεκριμένη διαδικασία τήξης έχει τρεις κύριους τρόπους: (1) μη αυτοκαταναλωτικό κράμα τήξης σε φούρνο τόξου ηλεκτροδίων που τήκεται σε κενό ή υπό προστασία αδρανούς αερίου. Η διαδικασία προετοιμάζει κυρίως ηλεκτρόδια για τήξη ηλεκτροδίων ιδιοκατανάλωσης. (2) Τήξη ηλεκτρικού τόξου ηλεκτροδίων αυτοκατανάλωσης σε κενό Ένα αυτοκαταναλωτικό ηλεκτρόδιο από τιτάνιο ή κράμα τιτανίου χρησιμοποιείται ως κάθοδος και ένα υδρόψυκτο χάλκινο χωνευτήριο ως άνοδος. Το λιωμένο ηλεκτρόδιο εισέρχεται στο χωνευτήριο με τη μορφή σταγονιδίων υγρού, σχηματίζοντας μια λιωμένη λίμνη. Η επιφάνεια της λιωμένης πισίνας θερμαίνεται με ηλεκτρικό τόξο και βρίσκεται πάντα σε υγρή κατάσταση. Ο πυθμένας και η γύρω περιοχή σε επαφή με το χωνευτήριο υποβάλλονται σε εξαναγκασμένη ψύξη, με αποτέλεσμα την κρυστάλλωση από κάτω προς τα πάνω. Το υγρό μέταλλο στη λιωμένη λίμνη στερεοποιείται και γίνεται ράβδος τιτανίου. (3) Σχηματική διάταξη της συσκευής τήξης προστασίας από κέλυφος συμπύκνωσης ηλεκτροδίων αυτοκατανάλωσης κενού. Αυτός ο κλίβανος αναπτύσσεται με βάση τον κλίβανο τόξου ηλεκτροδίων αυτοκατανάλωσης κενού, είναι ένα είδος τήξης και φυγοκεντρικής έκχυσης στη χύτευση διαμορφωμένων τμημάτων του τύπου κλιβάνου. Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του είναι ότι υπάρχει ένα στρώμα από στερεό λεπτό κέλυφος από κράμα τιτανίου μεταξύ του υδρόψυκτου χωνευτηρίου χαλκού και του λιωμένου μετάλλου, του λεγόμενου πηγμένου κελύφους, και αυτό το στρώμα πηγμένου κελύφους του ίδιου υλικού χρησιμεύει ως επένδυση του χωνευτήριο, το οποίο χρησιμοποιείται για το σχηματισμό της δεξαμενής τήξης για την αποθήκευση του υγρού τιτανίου και αποφεύγει τη μόλυνση του χωνευτηρίου με το υγρό κράματος τιτανίου. Μετά τη χύτευση, ένα στρώμα πήγματος κελύφους που παραμένει στην απώλεια αύξησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επένδυση του χωνευτηρίου.

Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας και τις ανάγκες παραγωγής, τη διαδοχική έρευνα και ανάπτυξη κράματος τιτανίου τήξης και άλλων ενεργών μετάλλων νέες μεθόδους και εξοπλισμό, κυρίως φούρνο δέσμης ηλεκτρονίων, κλίβανο πλάσματος, κλίβανο επαγωγής κενού κ.λπ. ορισμένο βαθμό εφαρμογής. Ωστόσο, από τη σύγκριση της κατανάλωσης ισχύος, της ταχύτητας τήξης, του κόστους και άλλων τεχνικών και οικονομικών δεικτών, η τήξη με τόξο ηλεκτροδίων ιδιοκατανάλωσης (συμπεριλαμβανομένου του κλιβάνου με κέλυφος συμπύκνωσης) εξακολουθεί να είναι η πιο οικονομική και εφαρμόσιμη μέθοδος τήξης. Λόγω των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του τιτανίου, καθιστώντας τη διαδικασία χύτευσης του κράματος τιτανίου, αν ο ρυθμός των υλικών μοντελοποίησης είναι η διαδικασία έχει τις δικές της μοναδικές απαιτήσεις και χαρακτηριστικά. Πρώτον, η απαίτηση πολύ υψηλής ανθεκτικότητας υλικών μοντελοποίησης. Δεύτερον, η έκχυση πρέπει να πραγματοποιείται σε υψηλό βαθμό προστασίας από κενό ή αδρανές αέριο, και μερικές φορές επίσης να συνδέεται με φυγόκεντρη δύναμη. Το συνδετικό υλικό του κελύφους είναι διαφορετικό, το κέλυφος χύτευσης τήγματος χωρίζεται σε τρία διαφορετικά συστήματα.
(1) Σύστημα κελύφους καθαρού γραφίτη. Η σκόνη γραφίτη διαφορετικών μεγεθών κόκκων χρησιμοποιείται ως πυρίμαχο υλικό πλήρωσης και διάδοσης άμμου και η ρητίνη χρησιμοποιείται ως συνδετικός παράγοντας. Υψηλή αντοχή, μικρό βάρος, χαμηλό κόστος και μεγάλη πηγή πρώτων υλών. Κατάλληλο για χύτευση με φυγόκεντρο ή βαρύτητα.
(2) Σύστημα κεραμικού κελύφους οξειδίου. Η πρόσοψη και το πίσω στρώμα του κελύφους είναι κατασκευασμένα από οξείδιο ως υλικό μοντελοποίησης, επομένως το κέλυφος είναι υψηλής αντοχής και η θερμική αγωγιμότητα είναι η μικρότερη μεταξύ των τριών τύπων κελύφους, το οποίο είναι κατάλληλο για την έκχυση χυτών λεπτών τοιχωμάτων με περίπλοκα σχήματα.
(3) Σύστημα κελύφους από πυρίμαχο μεταλλικό στρώμα προσώπου. Για το σύνθετο σύστημα, εκτός από το στρώμα προσώπου λόγω διαφορετικών υλικών χύτευσης (σκόνη βολφραμίου και άλλα πυρίμαχα μέταλλα) πρέπει να ακολουθήσει μια ειδική διαδικασία, το πίσω στρώμα από τα υλικά χύτευσης στη διαδικασία κατασκευής κελύφους είναι το ίδιο με το χυτό χύτευση επενδύσεων χάλυβα.
Με τους τρεις παραπάνω τύπους χύτευσης συστήματος κελύφους των χυτών τιτανίου, στη χημική σύνθεση και τις μηχανικές ιδιότητες της διαφοράς είναι πολύ μικρή? αλλά η ποιότητα της επιφάνειας έχει σημαντική διαφορά, οι δύο τελευταίοι τύποι συρρίκνωσης του κελύφους είναι σημαντικά μικρότεροι από το κέλυφος του γραφίτη, και επομένως η ακρίβεια διαστάσεων χύτευσης.