Kako vakuumsko luk stvara konačnu čistoću titanskih ingota?

U preciznom lancu vrhunskog proizvodnje, ingoti od titana zauzimaju nezamjenjiv položaj sa svojim jedinstvenim metalnim svojstvima. Od lagane strukture zrakoplovnih vozila do školjke s sondama dubokog mora otporne na koroziju, od biomedicinskih implantata do cjevovoda otpornih na koroziju u kemijskoj industriji, čistoća i ujednačenost ingota titana izravno određuju granice performansi ovih primjena. Na putu za kovanje ingota titana, tehnologija vakuumskog luka (VAR) je poput preciznog skalpela. Kroz tri kruga rigoroznih procesa topljenja, nečistoće se odguraju slojem, a na kraju se baca titanij ingot s ujednačenim sastavama i izvrsna performansi. Ova tehnologija nije samo jamstvo čistoće materijala od titana, već i temeljna pokretačka snaga za promicanje proizvodnje vrhunskog razbijanja kako bi se probio uska grla materijala.

Industrijska vrijednost titanijskih materijala dolazi od njegove niske gustoće, visoke čvrstoće, otpornosti na koroziju i drugih karakteristika, ali performanse ovih karakteristika vrlo ovise o čistoći materijala. Na mikroskopskoj razini elementi nečistoće (poput kisika, dušika, ugljika, željeza itd.) Postoje u matrici titana u obliku inkluzija ili druge faze, formirajući točke koncentracije stresa. Kada je materijal podvrgnut vanjskim silama ili ekstremnim okruženjima, ti će nedostaci postati izvor pokretanja pukotina, što će rezultirati smanjenjem materijalne snage, gubitka žilavosti, pa čak i katastrofalnog neuspjeha. Na primjer, zrakoplovno polje ima izuzetno visoke zahtjeve za vijek trajanja od titana od titana, a bilo kakve sitne nečistoće mogu postati skrivena opasnost za sigurnost leta; U biomedicinskom polju nečistoće u implantatima mogu uzrokovati reakcije odbacivanja ili degradaciju korozije, prijeteći zdravlje pacijenata.

Teško je u potpunosti ukloniti nečistoće s tradicionalnom tehnologijom topanja, posebno onim elementima koji tvore eutektiku ili spojeve niskog talasa s titanom. Te se nečistoće mogu preraspodijeliti u naknadnoj obradi, formirajući segregaciju za opseg ili regionalne nedostatke, dodatno slabeći svojstva materijala. Stoga je kako postići konačnu čistoću titanskih ingota kroz procesne inovacije postalo temeljni prijedlog industrije titana.

Vakuumska tehnologija remenjanja luka postiže duboko pročišćavanje tekućine od titana kroz sinergistički učinak taljenja elektroda i usmjeravanja usmjerenja. Njegova tehnička logika može se razgraditi u tri ključne faze:

U prvom krugu procesa VAR, potrošnja elektroda (obično pritisnuta iz spužve s spužvom visoke čistoće i srednje legure) se zagrijava i rastopi luk u vakuumskom okruženju. Budući da se topljenje provodi u vakuumskim uvjetima, nečistoće plina poput kisika i dušika učinkovito se potiskuju; Istodobno, visoke nečistoće tlaka pare u tekućini od titana (poput klorida magnezija i aluminija) isparavaju i pobježu tijekom procesa topiranja. Ova faza može ukloniti oko 50% izvornih nečistoća, postavljajući preliminarni temelj za čistoću ingota titana.

Drugi krug VAR -a kontrolira brzinu očvršćivanja i gradijent temperature kako bi se postigla homogenizacija sastava titanske tekućine tijekom usmjeravanja usmjerenja. Tekući metal na dnu rastaljenog bazena prvo se kristalizira, dok se nečistoće obogaćuju na vrh rastaljenog bazena zbog efekta segregacije. Kako se elektroda konzumira, područje obogaćeno nečistoćom postupno se uklanja kako bi se spriječilo da uđe u konačni ingot. Ovaj postupak ne samo dodatno smanjuje sadržaj nečistoće, već i poboljšava mikrostrukturu kroz mehanizme za drobljenje i rekristalizaciju dendrita.

Treći krug VAR -a usredotočen je na pročišćavanje na mikrosjelu. Optimiziranjem parametara ARC -a i atmosfere topiranja, veličina i raspodjela uključivanja mogu se precizno kontrolirati. Na primjer, tehnologija elektromagnetskog miješanja može ubrzati plutajući inkluzije, dok ultra-visoki vakuumsko okruženje (<10⁻³ PA) može inhibirati ponovnu adsorpciju nečistoća plina. Sadržaj kisika u završnom ingotu može se smanjiti na ispod 0,1%, a udio dušika manji od 0,015%, udovoljavajući strogim standardima titanskog zrakoplovnog razreda.

Poboljšana čistoća koju je VAR tehnologija donijela izravno prevodi u skok u izvedbi ingoti od titana i preoblikovati mogućnost industrijskih primjena u više dimenzija:

1. Poboljšanje kvantne razine u performansama umora
Smanjenje sadržaja nečistoće značajno smanjuje izvor inicijacije pukotina, produžujući vijek umota materijala od titana nekoliko puta. Na primjer, nakon što se kompresor diska zrakoplovnog motora proizvede s var titanijskim ingotima, njegova čvrstoća u umoru visokog ciklusa povećava se s 400 MPa na više od 600 MPa, udovoljavajući potrebama nove generacije motora kako bi se smanjila težina i povećala učinkovitost.

2. Bitni proboj u otpornosti na koroziju
Gusti oksidni film (TiO₂) nastao na površini čiste matrice titana ima veću stabilnost, a brzina korozije smanjuje se za dva reda veličine u jakim kiselinskim, jakim alkalnim ili visokim temperaturama. To proširuje životni vijek var titana u kemijskim cjevovodima, opremi za desalinizaciju morske vode i drugih polja s 5 godina na više od 20 godina.

3. Revolucionarno poboljšanje u obradi performansi
Ujednačena raspodjela sastava eliminira segregacijske nedostatke tradicionalnih ingota od titana, značajno smanjujući rizik od pucanja tijekom kovanja, valjanja i drugih procesa obrade. Istodobno, nizak sadržaj nečistoće smanjuje površinsku oksidaciju i unutarnje pore tijekom vrućeg rada, a stopa prinosa povećava se sa 70% na više od 90%.

4. Kamen temeljac vrhunskih primjena kao što su superprovođenje i skladištenje vodika
U području superprevodnih materijala od titana, VAR tehnologija može kontrolirati sadržaj nečistoće na razini PPM -a kako bi se osiguralo superprevodne performanse materijala na izuzetno niskim temperaturama; U legurama titana u vodiku čista matrica može poboljšati apsorpciju vodika i oslobađanje učinkovitosti i stabilnosti ciklusa.