In che modo il ricorso per l'arco del vuoto crea la purezza finale dei lingotti di titanio?

Nella catena di precisione della produzione di fascia alta, i lingotti in titanio occupano una posizione insostituibile con le loro proprietà in metallo uniche. Dalla struttura leggera dei veicoli aerospaziali al guscio resistente alla corrosione delle sonde di acque profonde, dagli impianti biomedici alle condutture resistenti alla corrosione nell'industria chimica, la purezza e l'uniformità dei lingotti di titanio determinano direttamente i limiti di prestazione di queste applicazioni. Sulla strada per forgiare i lingotti di titanio, la tecnologia di Remelting Arc (VAR) è come un preciso bisturi. Attraverso tre round di rigorosi processi di fusione, le impurità vengono rimase strati per strato e infine un lingotto di titanio con composizione uniforme e prestazioni eccellenti. Questa tecnologia non è solo una garanzia della purezza dei materiali in titanio, ma anche della forza trainante per promuovere la produzione di fascia alta per sfondare i colli di bottiglia dei materiali.

Il valore industriale dei materiali in titanio deriva dalla sua bassa densità, alta resistenza, resistenza alla corrosione e altre caratteristiche, ma le prestazioni di queste caratteristiche dipendono fortemente dalla purezza del materiale. A livello microscopico, esistono elementi di impurità (come ossigeno, azoto, carbonio, ferro, ecc.) Nella matrice di titanio sotto forma di inclusioni o seconde fasi, formando punti di concentrazione dello stress. Quando il materiale è sottoposto a forze esterne o ambienti estremi, questi difetti diventeranno la fonte di iniziazione delle crepe, con conseguente riduzione della resistenza del materiale, perdita di tenacità e persino fallimento catastrofico. Ad esempio, il campo aerospaziale ha requisiti estremamente elevati per la vita a fatica dei materiali in titanio e qualsiasi minuscola impurità può diventare un pericolo nascosto per la sicurezza del volo; Nel campo biomedico, le impurità negli impianti possono causare reazioni di rifiuto o degradazione della corrosione, minacciando la salute dei pazienti.

È difficile eliminare completamente le impurità con la tecnologia di fusione tradizionale, in particolare quegli elementi che formano eutettica o composti a basso punto di fusione con titanio. Queste impurità possono essere ridistribuite nella successiva elaborazione, formando segregazione fasciata o difetti regionali, indebolendo ulteriormente le proprietà del materiale. Pertanto, come ottenere la purezza finale dei lingotti di titanio attraverso l'innovazione di processo è diventato la proposta fondamentale dell'industria del titanio.

La tecnologia di ricordo dell'arco vuoto raggiunge la profonda purificazione del liquido in titanio attraverso l'effetto sinergico della fusione dell'elettrodo e della solidificazione direzionale. La sua logica tecnica può essere scomposta in tre fasi chiave:

Nel primo round del processo VAR, l'elettrodo di consumo (di solito premuto dalla spugna di alta purezza e in lega intermedia) viene riscaldato e fuso dall'arco in un ambiente a vuoto. Poiché la fusione viene effettuata in condizioni di vuoto, le impurità del gas come ossigeno e azoto vengono effettivamente soppresse; Allo stesso tempo, elevate impurità di pressione di vapore nel liquido in titanio (come cloruri di magnesio e alluminio) volatilizzano e scappano durante il processo di fusione. Questa fase può rimuovere circa il 50% delle impurità originali, gettando una base preliminare per la purezza del lingotto di titanio.

Il secondo giro di VAR controlla la velocità di solidificazione e il gradiente di temperatura per ottenere l'omogeneizzazione della composizione del liquido in titanio durante la solidificazione direzionale. Il metallo liquido nella parte inferiore della piscina fusa si cristallizza prima, mentre le impurità sono arricchite nella parte superiore del pool fuso a causa dell'effetto di segregazione. Quando viene consumato l'elettrodo, l'area arricchita di impurità viene gradualmente rimossa per impedire che entri nel lingotto finale. Questo processo non solo riduce ulteriormente il contenuto di impurità, ma migliora anche la microstruttura attraverso i meccanismi di frantumazione e ricristallizzazione del dendrite.

Il terzo round di VAR si concentra sulla purificazione alla microscala. Ottimizzando i parametri ARC e l'atmosfera di fusione, le dimensioni e la distribuzione delle inclusioni possono essere controllate con precisione. Ad esempio, la tecnologia di agitazione elettromagnetica può accelerare la galleggiamento delle inclusioni, mentre l'ambiente a vuoto ultra-alto (<10⁻³ Pa) può inibire il re-adsorbimento delle impurità del gas. Il contenuto di ossigeno del lingotto finale può essere ridotto al di sotto dello 0,1%e il contenuto di azoto è inferiore allo 0,015%, soddisfacendo i rigorosi standard di titanio aerospaziale.

La purezza migliorata portata dalla tecnologia var si traduce direttamente in un salto nelle prestazioni di Ingoti in titanio e rimodella la possibilità di applicazioni industriali in più dimensioni:

1. Miglioramento del livello quantico delle prestazioni di fatica
La riduzione del contenuto di impurità riduce in modo significativo la fonte di inizio, estendendo la vita a fatica dei materiali di titanio di più volte. Ad esempio, dopo che il disco del compressore di un motore aeronautico è stato prodotto con i lingotti di titanio var, la sua resistenza alla fatica ad alto ciclo è aumentata da 400 MPa a oltre 600 MPa, soddisfacendo le esigenze della nuova generazione di motori per ridurre il peso e aumentare l'efficienza.

2. Bravaggio essenziale nella resistenza alla corrosione
Il film di ossido denso (TiO₂) formato sulla superficie della matrice di titanio puro ha una maggiore stabilità e il tasso di corrosione è ridotto di due ordini di grandezza in acido forte, alcali forti o ambienti ad alta temperatura. Ciò estende la durata dell'applicazione dei lingotti di titanio var in condotte chimiche, attrezzature per la desalinizzazione dell'acqua di mare e altri campi da 5 anni a più di 20 anni.

3. Miglioramento rivoluzionario delle prestazioni di elaborazione
La distribuzione uniforme della composizione elimina i difetti di segregazione dei tradizionali lingotti di titanio, riducendo significativamente il rischio di cracking durante la forgiatura, il rotolamento e altri processi di elaborazione. Allo stesso tempo, il basso contenuto di impurità riduce l'ossidazione superficiale e i pori interni durante il lavoro a caldo e il tasso di snervamento aumenta dal 70% a oltre il 90%.

4. La pietra angolare di applicazioni all'avanguardia come la superconduttività e lo stoccaggio dell'idrogeno
Nel campo dei materiali di titanio superconducenti, la tecnologia VAR può controllare il contenuto di impurità a livello di PPM per garantire le prestazioni superconducenti del materiale a temperature estremamente basse; Nelle leghe di titanio di conservazione dell'idrogeno, la matrice pura può migliorare l'assorbimento dell'idrogeno e il rilascio dell'efficienza e della stabilità del ciclo.