Confronto tra le tecnologie di fusione dei lingotti di titanio: pro e contro di VAR, EBCHR, PAM e IM

La fusione dei lingotti di titanio è un anello chiave nella produzione di titanio e di materiali in lega di titanio e il metodo di fusione influisce sull'uniformità della composizione, sulle proprietà organizzative e sulla qualità del materiale finale dei lingotti. Quello che segue è un confronto tra diversi metodi di fusione comuni e i loro vantaggi e svantaggi:

1. Rifusione ad arco sotto vuoto (VAR)

• Principio : Utilizza un arco elettrico in un ambiente sotto vuoto per fondere il titanio e le sue leghe, solidificando il lingotto in un crogiolo di rame raffreddato ad acqua.
• Vantaggi :
  • L'ambiente sotto vuoto rimuove le impurità del gas come ossigeno, azoto e idrogeno.
  • Produce composizione uniforme e grani raffinati.
  • Tecnologia matura, adatta alla produzione di massa.
• Svantaggi :
  • Requisiti elevati per la purezza e la densità dell'elettrodo di fusione.
  • Flessibilità limitata nella regolazione della composizione, che deve essere premiscelata nelle materie prime.

2. Fusione a fuoco freddo con fascio di elettroni (EBCHR)

• Principio : Utilizza un fascio di elettroni ad alta energia per riscaldare i materiali di titanio, fondendoli in lingotti in un focolare di rame raffreddato ad acqua.
• Vantaggi :
  • Rimuove le inclusioni sia ad alta che a bassa densità.
  • Elevata purezza, riduce ulteriormente le impurità del gas.
  • È possibile la lavorazione diretta della spugna di titanio o del materiale di scarto.
• Svantaggi :
  • Investimenti elevati in attrezzature e costi operativi.
  • Processo di fusione più lento con capacità produttiva relativamente bassa.

3. Fusione ad arco plasma (PAM)

• Principio : Utilizza un arco plasma come fonte di calore per fondere i metalli, producendo lingotti di titanio di elevata purezza.
• Vantaggi :
  • Apporto di calore mirato per un'elevata efficienza di fusione.
  • Rimuove inclusioni e impurità gassose.
  • Può lavorare direttamente materiali in titanio con livelli di impurità più elevati.
• Svantaggi :
  • Costoi elevati e complessità tecnica.
  • Richiede un funzionamento specializzato e un'elevata manutenzione delle apparecchiature.

4. Fusione ad induzione (IM)

• Principio : Utilizza i campi elettromagnetici generati dalle bobine di induzione per fondere i materiali in titanio.
• Vantaggi :
  • Controllo preciso della temperatura e buona uniformità della composizione.
  • Adatto per produzioni su piccola scala e con specifiche elevate.
• Svantaggi :
  • La capacità di fusione è limitata dalle apparecchiature a induzione, rendendo difficile la produzione di lingotti di grandi dimensioni.
  • Capacità limitata di rimozione delle impurità ed elevato fabbisogno di materie prime.

Confronto riassuntivo:

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