طريقة ومعدات جديدة لصهر وصب سبائك التيتانيوم Ti-13Nb-13Zr

Ti-13Nb-13Zr يحتل التيتانيوم المرتبة الرابعة بين العناصر المعدنية في القشرة الأرضية من حيث الاحتياطيات بعد الحديد والألومنيوم والنحاس. وعلاوة على ذلك، سبائك التيتانيوم لديها سلسلة من الأداء الممتاز، وبالتالي الحصول على المزيد والمزيد من الاستخدام على نطاق واسع. يمكن تصنيف سبائك التيتانيوم إلى سبائك التيتانيوم ذات درجة الحرارة العالية، وسبائك التيتانيوم الهيكلية وسبائك التيتانيوم الوظيفية وفقًا لخلفية تطبيقها. التيتانيوم معدن نشط للغاية، في الحالة السائلة، ويكون تفاعل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والكربون سريعًا جدًا، لذلك يجب أن يكون ذوبان سبائك التيتانيوم في فراغ أعلى أو حماية من الغاز الخامل (ar أو ne). ذوبان بوتقة مع بوتقة النحاس المبردة بالماء، عملية ذوبان محددة لها ثلاث طرق رئيسية: (1) ذوبان سبائك فرن القوس الكهربائي غير المستهلك ذاتيًا في الفراغ أو تحت حماية الغاز الخامل. تقوم العملية بشكل أساسي بإعداد الأقطاب الكهربائية لصهر الأقطاب الكهربائية ذات الاستهلاك الذاتي. (2) ذوبان فرن القوس الكهربائي ذاتي الاستهلاك الفراغي يتم استخدام قطب كهربائي ذاتي الاستهلاك مصنوع من التيتانيوم أو سبائك التيتانيوم ككاثود وبوتقة نحاسية مبردة بالماء مثل الأنود. يدخل القطب المنصهر إلى البوتقة على شكل قطرات سائلة، مكونًا بركة منصهرة. يتم تسخين سطح البركة المنصهرة بواسطة قوس كهربائي ويكون دائمًا في حالة سائلة. يتعرض الجزء السفلي والمنطقة المحيطة الملامسة للبوتقة للتبريد القسري، مما يؤدي إلى التبلور من الأسفل إلى الأعلى. يتصلب المعدن السائل الموجود في البركة المنصهرة ويتحول إلى سبيكة تيتانيوم. (3) فراغ الاستهلاك الذاتي الكهربائي تكثيف قذيفة حماية ذوبان جهاز ذوبان التخطيطي. تم تطوير هذا الفرن على أساس فرن القوس الكهربائي ذاتي الاستهلاك الفراغي، وهو نوع من الصهر والصب بالطرد المركزي في صب الأجزاء المشكلة من نوع الفرن. أكبر ميزة لها هي وجود طبقة من سبائك التيتانيوم الصلبة ذات القشرة الرقيقة بين بوتقة النحاس المبردة بالماء والمعدن المنصهر، ما يسمى بالقشرة المتجمدة، وهذه الطبقة من القشرة المتجمدة من نفس المادة تعمل بمثابة بطانة للصلب. بوتقة، والتي تستخدم لتشكيل حوض ذوبان لتخزين سائل التيتانيوم، وتجنب تلوث البوتقة بسائل سبائك التيتانيوم. بعد الصب، يمكن استخدام طبقة من القشرة المتجمدة المتبقية في الفقد المتزايد كبطانة للبوتقة.

في السنوات الأخيرة، مع تطور العلوم والتكنولوجيا واحتياجات الإنتاج، البحث والتطوير المتتالي لصهر سبائك التيتانيوم وغيرها من الأساليب والمعدات المعدنية النشطة الجديدة، بشكل رئيسي فرن شعاع الإلكترون، فرن البلازما، فرن الحث الفراغي، وما إلى ذلك، والحصول على درجة معينة من التطبيق. ومع ذلك، من مقارنة استهلاك الطاقة وسرعة الذوبان والتكلفة والمؤشرات الفنية والاقتصادية الأخرى، فإن ذوبان فرن القوس الكهربائي ذاتي الاستهلاك (بما في ذلك فرن القشرة التكثيفي) لا يزال هو طريقة الصهر الأكثر اقتصادا وقابلية للتطبيق. نظرا للخصائص الفيزيائية والكيميائية للتيتانيوم، مما يجعل عملية صب سبائك التيتانيوم، ما إذا كان معدل مواد النمذجة هي العملية لها متطلباتها وخصائصها الفريدة. أولاً، متطلبات مواد النمذجة عالية المقاومة للحرارة؛ ثانيًا، يجب أن يتم الصب في درجة عالية من الفراغ أو حماية الغاز الخامل، وفي بعض الأحيان يتم ربطه أيضًا بقوة الطرد المركزي. تختلف مادة الغلاف المتصلة، حيث يتم تقسيم غلاف التشكيل بالذوبان إلى ثلاثة أنظمة مختلفة.
(1) نظام غلاف الجرافيت النقي. يتم استخدام مسحوق الجرافيت بأحجام مختلفة من الحبوب كمواد حشو حرارية ومواد نشر الرمل، ويستخدم الراتنج كعامل ربط. قوة عالية وخفيفة الوزن ومنخفضة التكلفة ومصدر واسع للمواد الخام. مناسبة للصب بالطرد المركزي أو الجاذبية.
(2) نظام قذيفة السيراميك أكسيد. الطبقة الأمامية والخلفية للقذيفة مصنوعة من الأكسيد كمادة للنمذجة، وبالتالي فإن القشرة ذات قوة عالية والتوصيل الحراري هو الأصغر بين الأنواع الثلاثة للأصداف، وهي مناسبة لصب المصبوبات ذات الجدران الرقيقة ذات الأشكال المعقدة.
(3) نظام غلاف طبقة الوجه المعدني المقاوم للحرارة. بالنسبة للنظام المركب، بالإضافة إلى طبقة الوجه بسبب اختلاف مواد القولبة (مسحوق التنغستن والمعادن المقاومة للحرارة الأخرى) تحتاج إلى اتخاذ عملية خاصة، فإن الطبقة الخلفية من مواد القولبة إلى عملية صنع القشرة هي نفس الطبقة المصبوبة صب الاستثمار الصلب.
مع الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من نظام شل صب مسبوكات التيتانيوم، في التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية للفرق صغير جدا؛ لكن جودة السطح لها اختلاف كبير، النوعان الأخيران من انكماش القشرة أصغر بكثير من قشرة الجرافيت، وبالتالي دقة أبعاد الصب.