Bagaimana pemulihan busur vakum menciptakan kemurnian utama ingot titanium?

Dalam rantai presisi manufaktur kelas atas, ingot titanium menempati posisi yang tak tergantikan dengan sifat logam yang unik. Dari struktur ringan kendaraan kedirgantaraan hingga cangkang yang tahan korosi dari probe laut dalam, dari implan biomedis hingga pipa yang tahan korosi di industri kimia, kemurnian dan keseragaman ingot titanium secara langsung menentukan batas kinerja aplikasi ini. Di jalan menuju menempa ingot titanium, teknologi Vacuum Arc Remelting (VAR) seperti pisau bedah yang tepat. Melalui tiga putaran proses peleburan yang ketat, kotoran dikupas dari lapisan demi lapisan, dan akhirnya ingot titanium dengan komposisi yang seragam dan kinerja yang sangat baik dilemparkan. Teknologi ini tidak hanya merupakan jaminan kemurnian bahan titanium, tetapi juga kekuatan pendorong inti untuk mempromosikan manufaktur kelas atas untuk menembus kemacetan material.

Nilai industri bahan titanium berasal dari kepadatan rendah, kekuatan tinggi, ketahanan korosi dan karakteristik lainnya, tetapi kinerja karakteristik ini sangat tergantung pada kemurnian material. Pada tingkat mikroskopis, elemen pengotor (seperti oksigen, nitrogen, karbon, besi, dll.) Ada dalam matriks titanium dalam bentuk inklusi atau fase kedua, membentuk titik konsentrasi tegangan. Ketika material mengalami kekuatan eksternal atau lingkungan yang ekstrem, cacat ini akan menjadi sumber inisiasi retak, yang mengakibatkan penurunan kekuatan material, kehilangan ketangguhan, dan bahkan kegagalan bencana. Misalnya, bidang kedirgantaraan memiliki persyaratan yang sangat tinggi untuk kehidupan kelelahan bahan titanium, dan pengotor kecil dapat menjadi bahaya tersembunyi bagi keselamatan penerbangan; Di bidang biomedis, pengotor dalam implan dapat menyebabkan reaksi penolakan atau degradasi korosi, mengancam kesehatan pasien.

Sulit untuk sepenuhnya menghilangkan kotoran dengan teknologi peleburan tradisional, terutama unsur-unsur yang membentuk eutektik atau senyawa titik melelting rendah dengan titanium. Kotoran ini dapat didistribusikan kembali dalam pemrosesan selanjutnya, membentuk pemisahan pita atau cacat regional, lebih lanjut melemahkan sifat material. Oleh karena itu, bagaimana mencapai kemurnian utama ingot titanium melalui inovasi proses telah menjadi proposisi inti dari industri titanium.

Teknologi pemulihan busur vakum mencapai pemurnian cairan titanium yang mendalam melalui efek sinergis dari peleburan elektroda dan pemadatan arah. Logikan teknisnya dapat diuraikan menjadi tiga tahap utama:

Dalam putaran pertama proses VAR, elektroda yang dapat dikonsumsi (biasanya ditekan dari titanium spons dengan kemurnian tinggi dan paduan menengah) dipanaskan dan dilebur oleh busur di lingkungan vakum. Karena peleburan dilakukan dalam kondisi vakum, kotoran gas seperti oksigen dan nitrogen secara efektif ditekan; Pada saat yang sama, kotoran tekanan uap tinggi dalam cairan titanium (seperti klorida magnesium dan aluminium) menguap dan melarikan diri selama proses peleburan. Tahap ini dapat menghilangkan sekitar 50% dari kotoran asli, meletakkan fondasi awal untuk kemurnian titanium ingot.

Babak kedua VAR mengontrol laju pemadatan dan gradien suhu untuk mencapai homogenisasi komposisi cairan titanium selama pemadatan arah. Logam cair di bagian bawah kolam cair mengkristal terlebih dahulu, sementara kotoran diperkaya ke bagian atas kolam cair karena efek pemisahan. Seperti yang dikonsumsi elektroda, area yang diperkaya pengotor secara bertahap dihapus untuk mencegahnya memasuki ingot akhir. Proses ini tidak hanya mengurangi kandungan pengotor, tetapi juga meningkatkan mikrostruktur melalui mekanisme dendrit dan rekristalisasi dendrit.

Babak ketiga VAR berfokus pada pemurnian di mikro. Dengan mengoptimalkan parameter busur dan atmosfer peleburan, ukuran dan distribusi inklusi dapat dikontrol secara tepat. Misalnya, teknologi pengadukan elektromagnetik dapat mempercepat floating inklusi, sedangkan lingkungan vakum yang sangat tinggi (<10⁻³ pa) dapat menghambat re-adsorpsi pengotor gas. Kandungan oksigen dari ingot akhir dapat dikurangi hingga di bawah 0,1%, dan kandungan nitrogen kurang dari 0,015%, memenuhi standar ketat titanium tingkat kedirgantaraan.

Kemurnian yang ditingkatkan yang dibawa oleh VAR Technology secara langsung diterjemahkan menjadi lompatan dalam kinerja ingot titanium , dan membentuk kembali kemungkinan aplikasi industri dalam berbagai dimensi:

1. Peningkatan tingkat kuantum dalam kinerja kelelahan
Pengurangan kandungan pengotor secara signifikan mengurangi sumber inisiasi retak, memperpanjang umur kelelahan bahan titanium beberapa kali. Misalnya, setelah cakram kompresor mesin pesawat diproduksi dengan var titanium ingot, kekuatan kelelahan siklus tinggi meningkat dari 400 MPa menjadi lebih dari 600 MPa, memenuhi kebutuhan generasi baru mesin untuk mengurangi berat dan meningkatkan efisiensi.

2. Terobosan Esensial dalam Resistensi Korosi
Film oksida padat (TIO₂) yang terbentuk pada permukaan matriks titanium murni memiliki stabilitas yang lebih tinggi, dan laju korosi berkurang dengan dua urutan besarnya dalam asam kuat, alkali yang kuat atau lingkungan suhu tinggi. Ini memperluas masa pakai ingot titanium var dalam pipa kimia, peralatan desalinasi air laut dan bidang lainnya dari 5 tahun hingga lebih dari 20 tahun.

3. Peningkatan revolusioner dalam pemrosesan kinerja
Distribusi komposisi yang seragam menghilangkan cacat segregasi ingot titanium tradisional, secara signifikan mengurangi risiko retak selama penempaan, bergulir dan proses pemrosesan lainnya. Pada saat yang sama, kandungan pengotor rendah mengurangi oksidasi permukaan dan pori -pori internal selama kerja panas, dan laju hasil meningkat dari 70% menjadi lebih dari 90%.

4. Landasan aplikasi mutakhir seperti superkonduktivitas dan penyimpanan hidrogen
Di bidang bahan titanium superkonduktor, teknologi VAR dapat mengontrol konten pengotor pada tingkat ppm untuk memastikan kinerja superkonduktor material pada suhu yang sangat rendah; Dalam paduan hidrogen paduan titanium, matriks murni dapat meningkatkan penyerapan hidrogen dan pelepasan efisiensi dan stabilitas siklus.