Nuovo metodo e attrezzatura per la fusione e la fusione della lega di titanio Ti-13Nb-13Zr

Ti-13Nb-13Zr Il titanio è al quarto posto tra gli elementi metallici della crosta terrestre in termini di riserve, dopo ferro, alluminio e rame. Inoltre, le leghe di titanio presentano una serie di ottime prestazioni, e per questo motivo trovano sempre più largo utilizzo. Le leghe di titanio possono essere classificate in leghe di titanio ad alta temperatura, leghe di titanio strutturali e leghe di titanio funzionali in base al loro contesto applicativo. Il titanio è un metallo molto attivo, allo stato liquido, e la reazione di ossigeno, azoto, idrogeno e carbonio è piuttosto veloce, quindi la fusione della lega di titanio deve avvenire in un vuoto più elevato o protetto da gas inerte (ar o ne). Crogiolo di fusione con crogiolo di rame raffreddato ad acqua, il processo di fusione specifico prevede tre modalità principali: (1) fusione della lega di fusione nel forno ad arco con elettrodo non autoconsumo che si scioglie sotto vuoto o sotto protezione di gas inerte. Il processo prepara principalmente gli elettrodi per la fusione degli elettrodi per l'autoconsumo. (2) Fusione in forno ad arco con elettrodo autoconsumante sotto vuoto Un elettrodo autoconsumante in titanio o lega di titanio viene utilizzato come catodo e un crogiolo di rame raffreddato ad acqua come anodo. L'elettrodo fuso entra nel crogiolo sotto forma di goccioline liquide, formando una pozza fusa. La superficie del bagno di fusione è riscaldata da un arco elettrico ed è sempre allo stato liquido. Il fondo e la zona circostante a contatto con il crogiolo vengono sottoposti ad un raffreddamento forzato, con conseguente cristallizzazione dal basso verso l'alto. Il metallo liquido nel bagno di fusione si solidifica e diventa lingotto di titanio. (3) Fusione di protezione del guscio di condensazione dell'elettrodo di autoconsumo sotto vuoto Schema del dispositivo di fusione. Questo forno è sviluppato sulla base del forno ad arco con elettrodo autoconsumo sotto vuoto, è una sorta di fusione e colata centrifuga nella fusione di parti sagomate del tipo di forno. La sua più grande caratteristica è che esiste uno strato di guscio solido e sottile in lega di titanio tra il crogiolo di rame raffreddato ad acqua e il metallo fuso, il cosiddetto guscio rappreso, e questo strato di guscio rappreso dello stesso materiale funge da rivestimento del crogiolo, che viene utilizzato per formare il bagno di fusione per conservare il liquido di titanio ed evita la contaminazione del crogiolo con il liquido della lega di titanio. Dopo la fusione, uno strato di guscio rappreso rimasto nella perdita di accrescimento può essere utilizzato come rivestimento del crogiolo.

Negli ultimi anni, con lo sviluppo della scienza, della tecnologia e delle esigenze produttive, la successiva ricerca e sviluppo di nuovi metodi e attrezzature per la fusione di leghe di titanio e altri metalli attivi, principalmente forni a fascio di elettroni, forni al plasma, forni a induzione sotto vuoto, ecc., e ottenere un certo grado di applicazione. Tuttavia, dal confronto tra consumo energetico, velocità di fusione, costi e altri indicatori tecnici ed economici, la fusione con forno ad arco con elettrodo autoconsumo (compreso il forno a condensazione a guscio) è ancora il metodo di fusione più economico e applicabile. A causa delle proprietà fisico-chimiche del titanio, il processo di fusione della lega di titanio, indipendentemente dal tasso di modellazione dei materiali, il processo ha i suoi requisiti e caratteristiche unici. Innanzitutto, il requisito di materiali modellabili ad altissima refrattarietà; In secondo luogo, il versamento deve essere effettuato in un elevato grado di vuoto o protezione con gas inerte e talvolta anche mediante forza centrifuga. Il materiale del guscio di collegamento è diverso, il guscio dello stampaggio a fusione è diviso in tre diversi sistemi.
(1) Sistema di guscio in pura grafite. La polvere di grafite di diverse dimensioni dei grani viene utilizzata come riempitivo refrattario e materiale per lo spargimento della sabbia, mentre la resina viene utilizzata come agente legante. Elevata resistenza, leggerezza, basso costo e ampia fonte di materie prime. Adatto per colata centrifuga o per gravità.
(2) Sistema di guscio in ceramica di ossido. Lo strato frontale e posteriore del guscio sono realizzati in ossido come materiale da modellare, quindi il guscio è di elevata resistenza e la conduttività termica è la più piccola tra i tre tipi di gusci, adatta per colare getti a pareti sottili con forme complicate.
(3) Sistema di rivestimento dello strato frontale in metallo refrattario. Per il sistema composito, oltre allo strato frontale dovuto ai diversi materiali di stampaggio (polvere di tungsteno e altri metalli refrattari) è necessario un processo speciale, lo strato posteriore dai materiali di stampaggio al processo di fabbricazione del guscio è lo stesso del cast microfusione di acciaio.
Con i tre tipi di fusione del sistema a guscio sopra menzionati di getti di titanio, la differenza nella composizione chimica e nelle proprietà meccaniche è molto piccola; ma la qualità della superficie presenta una differenza significativa, gli ultimi due tipi di ritiro del guscio sono significativamente inferiori rispetto al guscio di grafite e quindi la precisione dimensionale della fusione.