Cinco métodos comunes de fundición para aleaciones de titanio

Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en diversas industrias debido a sus excelentes propiedades, como una alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. Sin embargo, el alto punto de fusión de las aleaciones de titanio presenta desafíos de procesamiento. Los métodos de fundición de aleaciones de titanio generalmente se dividen en: 1. Método de fundición en horno de arco eléctrico consumible al vacío; 2. Método de fundición en horno de arco eléctrico al vacío no consumible; 3. Método de fundición en hogar frío; 4. Método de fundición en olla fría; 5. Método de fundición por electroescoria. Cinco métodos.

1. Método de fusión en horno de arco eléctrico consumible al vacío (denominado método VAR)
Es un proceso metalúrgico avanzado utilizado para la producción de metales y aleaciones de alta pureza. Este método se utiliza principalmente para mejorar la pureza y uniformidad de los materiales y generalmente se utiliza para producir aleaciones especiales de alta calidad, aleaciones de aluminio y otros materiales metálicos de alta demanda. Con el desarrollo de la tecnología de vacío y la aplicación de computadoras, el método VAR se ha convertido rápidamente en una tecnología madura de producción industrial de titanio. La mayor parte del titanio actual y sus lingotes de aleación se producen mediante este método. Las características más destacadas del método VAR son el bajo consumo de energía, la alta velocidad de fusión y la reproducibilidad de buena calidad. El lingote fundido por el método VAR tiene una buena estructura cristalina y una composición química uniforme. Por lo general, el lingote terminado debe fundirse mediante el método VAR. Se requieren al menos dos refundiciones. El método VAR se utiliza para producir lingotes de titanio. Los procesos utilizados por los fabricantes de todo el mundo son básicamente similares. La diferencia radica en el uso de diferentes métodos y equipos de preparación de electrodos. La preparación de electrodos se puede dividir en tres categorías principales. Uno es el electrodo integral que se presiona continuamente agregando materiales en porciones, eliminando el proceso de soldadura del electrodo; el otro es el electrodo de una sola pieza que se presiona y suelda en electrodos consumibles. Y soldados entre sí mediante soldadura por arco de argón con plasma o soldadura al vacío; En tercer lugar, utilice otros métodos de fundición para preparar electrodos fundidos.
Además de las dos características anteriores, los hornos VAR modernos para fundición de titanio también han realizado el horno VAR a gran escala. Los hornos VAR modernos pueden fundir lingotes grandes con un diámetro de 1,5 my un peso de 32 toneladas.
El método vAR es el método de fundición industrial estándar para el titanio y las aleaciones de titanio modernos.

2. Método de fusión en horno de arco eléctrico al vacío no consumible (método Jianni NC)
Entorno de vacío Al igual que el horno de arco eléctrico consumible, el método CNC también se realiza en un entorno de vacío. Al aspirar el aire y el gas del horno, se crean condiciones de alto vacío para reducir gradualmente la contaminación del aire y el oxígeno y garantizar la producción de materiales de aleación de alta calidad.
Electrodos En el mecanizado CNC, los electrodos utilizados no suelen ser consumibles y suelen estar hechos de tungsteno u otros materiales de alto punto de fusión. Estos electrodos son estables y capaces de soportar altas temperaturas y descargas de arco de alta energía sin consumirse.
La formación de arco se produce mediante la introducción de una corriente eléctrica, normalmente utilizando dos electrodos, que produce una descarga de arco. Este arco es muy caliente y puede calentar materiales a temperaturas superiores a su punto de fusión.
Fusión del material Bajo la acción del arco, el material se calienta a una temperatura lo suficientemente alta como para encenderse y fundirse. Dado que se utilizan electrodos no consumibles, los propios electrodos no se consumen y, por tanto, pueden utilizarse de forma continua.
Preparación de la aleación: Una vez fundido el material, se puede preparar la aleación requerida ajustando la intensidad del arco, la temperatura en el horno y la composición de la aleación. Esto hace que el método NC sea muy adecuado para preparar aleaciones con alta precisión y control preciso de la composición.
Como fundición de una sola vez, el método NC es bastante ventajoso desde la perspectiva de mejorar la tasa de recuperación de materiales residuales y reducir costos. Por lo general, los hornos NC y VAR se utilizan en conjunto para aprovechar al máximo sus respectivas ventajas. El método NC se utiliza comúnmente en laboratorios de investigación y para preparar materiales especiales porque proporciona un alto grado de control del material y flexibilidad de preparación. Sin embargo, en comparación con los hornos de arco eléctrico consumibles, los costos de equipo y operación del método NC son más altos, por lo que se utiliza principalmente en aplicaciones que requieren alta precisión y control preciso de componentes, como la industria aeroespacial, energética, electrónica, etc.

3. Método de fusión en hogar frío (método CHM para abreviar)
Los defectos de inclusión metalúrgica en lingotes de titanio y aleaciones de titanio causados ​​por la contaminación de la materia prima y procesos de fundición anormales siempre han afectado la aplicación de titanio y aleaciones de titanio en el campo aeroespacial. Para eliminar las inclusiones metalúrgicas en las piezas giratorias de los motores de aviones de aleación de titanio, surgió la tecnología de fundición en hogar frío.
La característica más importante del método CHM es la separación de los procesos de fusión, refinación y solidificación, es decir, la carga fundida ingresa al hogar frío y primero se funde, luego ingresa al área de refinamiento del hogar frío para refinar y finalmente se solidifica en lingotes en la zona de cristalización. Una ventaja significativa de la tecnología CHM es que puede formar una capa de condensación en la pared del hogar frío. Su "zona viscosa" puede capturar inclusiones de alta densidad (HDI) como WC, Mo, Ta, etc. Al mismo tiempo, en la zona de refinación, inclusiones de baja densidad. El tiempo de residencia extendido de partículas (LDI) en partículas de alta densidad Los líquidos a temperatura ambiente pueden garantizar la disolución completa del LDI, eliminando así eficazmente los defectos de inclusión. Es decir. El mecanismo de purificación de la fundición en hogar frío se puede dividir en dos tipos: separación por gravedad y separación por fusión.

4. Método de fusión en crisol en frío (denominado método CCM)
En la década de 1980, la American Ferrosilicon Company desarrolló un proceso de fusión por inducción sin escoria y promovió el método CCM para aplicaciones de producción industrial para la producción de lingotes de titanio y piezas fundidas de precisión de titanio. En los últimos años, en algunos países económicamente desarrollados, el método CCM ha comenzado a entrar en la escala de producción industrial. El diámetro máximo del lingote es de 1 my la longitud es de 2 m. Sus perspectivas de desarrollo son llamativas. El proceso de fusión CCM se lleva a cabo en un crisol de metal compuesto por bloques en forma de arco o tubos de cobre enfriados por agua que no son conductores entre sí. La mayor ventaja de esta combinación es que el espacio entre cada dos bloques es un campo magnético mejorado, y el fuerte campo magnético generado. La agitación aporta consistencia a la composición química y la temperatura, mejorando así la calidad del producto. El método CCM combina las características del método VAR y la fusión por inducción en crisol de materiales refractarios. No requiere materiales refractarios ni electrodos y puede obtener lingotes de alta calidad con una composición uniforme y sin contaminación del crisol en un solo proceso de fusión. En comparación con el método VAR, el método CCM tiene las ventajas de un bajo costo de equipo y una fácil operación, pero en la actualidad esta tecnología aún se encuentra en etapa de desarrollo.
5. Método de fundición por electroescoria (método ESR para abreviar)
El método ESR utiliza la colisión de partículas cargadas cuando la corriente eléctrica pasa a través de electroescoria conductora para convertir la energía eléctrica en energía térmica. Es un proceso de fundición y refinación de metales, que se utiliza a menudo para la fusión y refinación a alta temperatura de metales y aleaciones de alto punto de fusión, como acero, níquel, molibdeno, niobio, etc. Utiliza la energía térmica generada por la resistencia a la escoria para derretir y refinar la carga. El método ESR utiliza electrodos consumibles para fundir electroescoria en escoria inactiva (CaF2). Se puede fundir directamente en lingotes de la misma forma y tiene una buena calidad superficial, lo que lo hace adecuado para el procesamiento directo en el siguiente proceso. Pasos generales del método de fundición por electroescoria:
Carga: Carga del metal o aleación que se va a fundir y refinar en el horno. Estos materiales generalmente se introducen en el horno en trozos o trozos.

Encendido por arco: se crea un arco eléctrico en la parte superior del horno mediante dos electrodos (generalmente electrodos de carbono). La alta temperatura generada por el arco calienta el metal hasta su temperatura de fusión.

Escoria de electroformado: Escoria metálica que forma múltiples capas dieléctricas sobre una superficie metálica. Esta escoria está compuesta de óxidos metálicos y otras escorias metálicas, que flotan en la superficie del metal y evitan una mayor difusión.

Paso de corriente: paso de corriente de alta intensidad a través de la resistencia entre el metal y el arco. Esto continuará calentando el metal y provocará que se derrita.

Oxidación y Refinación: En la electroescoria que se forma en la superficie del metal, los óxidos y otras impurezas reaccionan con el metal y se eliminan o reducen al nivel deseado. Esto ayuda a refinar el metal al nivel deseado.