Technologie et perspectives techniques de fusion de matériaux en alliage de titane tels que la tige de titane et la tige en alliage de titane -2
1.3 Méthode de fusion à sole froide (en abrégé méthode CHM)
Les défauts d'inclusion métallurgique des lingots de titane et d'alliages de titane causés par la pollution des matières premières et un processus de fusion anormal ont toujours affecté l'application deBarre de titane de grade 5et alliage de titane dans le domaine aérospatial. Afin d’éliminer les inclusions métallurgiques des pièces rotatives des moteurs d’avion en alliage de titane, la technologie de fusion à foyer froid a vu le jour. La plus grande caractéristique de la méthode CHM est la séparation des processus de fusion, d'affinage et de solidification, c'est-à-dire que la charge fondue entre d'abord dans le foyer pour fondre, puis entre dans la zone d'affinage du foyer froid pour être raffinée, et enfin se solidifie en lingots dans le zone de cristallisation.
L'avantage non négligeable de la technologie CHM est qu'elle peut former une coque de condensats sur la paroi du foyer froid, et que sa « zone visqueuse » peut capter les inclusions de haute densité (HDI) telles que WC, Mo, Ta, etc. temps, dans la zone de raffinage, inclusions de faible densité (HDI) Le temps de séjour prolongé des particules d'inclusion (LDI) dans un liquide à haute température peut assurer la dissolution complète du LDI, éliminant ainsi efficacement les défauts d'inclusion. C'est à dire. Le mécanisme de purification de la fusion à foyer froid peut être divisé en séparation par gravité spécifique et séparation par fusion.
1.3.1 Méthode de fusion par faisceau d'électrons à foyer froid (en abrégé méthode EBCHM) La fusion par faisceau d'électrons (en abrégé EB) est un processus technologique dans lequel l'énergie d'électrons à grande vitesse est utilisée pour faire en sorte que le matériau lui-même génère de la chaleur pour la fusion et l'affinage. Le four EB à sole froide est appelé EBCHM. La méthode EBCHM possède d'excellentes fonctions que la méthode de fusion traditionnelle n'a pas :
(1) Élimine efficacement les inclusions à haute densité (HDI) et le nitrure de titane tels que le tantale, le molybdène, le tungstène et le carbure de tungstène. Oxyde de titane et autres inclusions de faible densité (LDI) ;
(2) Une variété de méthodes d'alimentation peuvent être acceptées et la récupération des résidus de titane est relativement facile, c'est-à-dire que des déchets qui ne peuvent pas être utilisés par d'autres méthodes de fusion peuvent être utilisés et des lingots de titane pur peuvent toujours être produits, ce qui est grandement réduit le coût des produits;
(3) Il peut être directement échantillonné et analysé à partir du métal fondu ;
(4) Il peut produire des lingots de forme spéciale, réduire les processus de production, réduire la consommation de matières premières et augmenter le rendement ; la méthode EBCHM présente également les inconvénients suivants :
(1) La fusion doit être effectuée dans des conditions de vide poussé, de sorte que l'éponge de titane à haute teneur en chlorure ne peut pas être directement fondue ;
(2) Les éléments d’alliage sont volatils et difficiles à contrôler la composition chimique.
1.3.2 Méthode de fusion plasma en lit froid (appelée méthode PCHM)
La méthode PCHM utilise l'arc plasma généré par l'ionisation d'un gaz inerte comme source de chaleur et peut réaliser une fusion dans une large plage de pression allant du vide faible à la pression proche de la pression atmosphérique. La principale caractéristique de cette méthode est qu'elle peut garantir des composants en alliage avec différentes pressions de vapeur, qu'il n'y a pas de perte de combustion évidente pendant le processus de fusion, et qu'elle peut également éliminer les défauts métallurgiques du HDI et du LDI.
Cette méthode a la capacité d’améliorer les propriétés des métaux traditionnels taïwanais et de réaliser la fusion d’alliages diversifiés. Il s'agit d'une méthode de fusion économique par rapport aux méthodes de fusion traditionnelles.
Avec cette méthode de fusion, pour le titane et les alliages de titane, un lingot idéal peut être obtenu en une seule fusion.
Les avantages de la méthode PCHM moderne sont :
①Faible investissement en équipement, facile à utiliser, sûr et fiable ;
② Des matières premières de différents types et formes peuvent être utilisées, et le taux de récupération des matières résiduelles est élevé ;
③Assurer la composition chimique des alliages diversifiés ;
④ Réalisation de la récupération et de la réutilisation de gaz inertes coûteux, réduisant ainsi les coûts de production. L'inconvénient de la méthode PCHM est que le rendement électrique est faible.
EBCHM et PCHM sont similaires dans la mesure où tous deux peuvent éliminer l'HDI et le LDI. Généralement, le premier convient mieux à la fusion du titane pur ; tandis que pour les alliages, ce dernier est plus adapté.
Comme la méthode VAR, les deux méthodes ci-dessus réalisent un large éventail de contrôles d'automatisation des processus, y compris les paramètres du processus (vitesse de fusion, répartition de la température pendant la fusion et la solidification, changements de composition pendant la fusion, élimination des inclusions insolubles, etc.) et la qualité.
1.4 Méthode de fusion en creuset froid (appelée méthode CCM)
Dans les années 1980, l'American Ferrosilicon Company a développé un procédé de fusion par induction sans scories et a poussé la méthode CCM vers la production industrielle pour la production de lingots de titane et de pièces moulées de précision en titane. Ces dernières années, dans certains pays économiquement développés, la méthode CCM a commencé à entrer dans l'industrialisation. L'échelle de production, le diamètre maximum du lingot est de 1 m, la longueur est de 2 m et ses perspectives de développement sont impressionnantes.
Le processus de fusion de la méthode CCM est effectué dans un creuset métallique composé de blocs d'arc refroidis à l'eau ou de tubes de cuivre mutuellement non conducteurs. Le plus grand avantage de cette combinaison est que l'espace entre chaque deux blocs est un champ magnétique amélioré, et le fort champ magnétique généré. L'agitation rend la composition chimique et la température cohérentes, ce qui améliore la qualité du produit.
La méthode CCM combine les caractéristiques de la méthode VAR et de la fusion par induction en creuset des matériaux réfractaires. Il ne nécessite pas de matériaux réfractaires ni de fabrication d'électrodes pour obtenir des lingots de haute qualité avec une composition uniforme et sans pollution du creuset.
Par rapport à la méthode VAR, la méthode CCM présente les avantages d’un faible coût d’équipement et d’une utilisation facile, mais la technologie est encore en phase de développement à l’heure actuelle.
1.5 Méthode de fusion sous laitier électrolytique (appelée méthode ESR)
La méthode ESR convertit l'énergie électrique en énergie thermique en utilisant la collision de particules chargées lorsque le courant traverse un laitier électrique conducteur. C'est-à-dire que la charge est fondue et raffinée grâce à l'énergie thermique générée par la résistance des scories. La méthode ESR utilise des électrodes consommables pour effectuer la fusion de laitier électrolytique dans des scories inactives (CaF2), qui peuvent être directement fondues et coulées en lingots de même forme, et ont une bonne qualité de surface, ce qui convient au traitement direct dans le processus suivant. Les avantages de cette méthode sont :
(1) La coaxialité complète du four ESR garantit la répétabilité du lingot de la meilleure qualité ;
(2) Cristallisation axiale du lingot, structure compacte et uniforme ;
(3) Système de pesée d’électrodes de très haute précision et système de contrôle du taux de fusion ;
(4) L'équipement est simple et facile à utiliser. L'inconvénient est que la pollution du lingot par les scories ne peut pas être éliminée.
2. Analyse des différentes méthodes de fusion
La qualité des lingots de titane coulés a une influence décisive sur la microstructure et les propriétés des matériaux traités ultérieurement à froid et à chaud. La qualité des lingots de titane et d’alliages de titane est principalement mesurée sous les aspects suivants :
① Si la composition chimique des différentes parties du lingot est uniforme ;
②Si les principales impuretés (Fe, O, etc.) sont contrôlées dans une plage appropriée ;
③S'il y a des défauts tels que des inclusions, une ségrégation, des pores, des fissures, des cavités de retrait et des oranges clairsemées à l'intérieur du lingot ;
④ Si la surface du lingot est lisse, sans espaces, et la taille de l'élimination de la cavité de retrait de la tête.
La technologie aérospatiale actuelle impose des exigences de qualité plus strictes pour les barres de titane de grade 5 et les lingots en alliage de titane. En plus de contrôler strictement la qualité du processus de production, des fusions multiples doivent être utilisées, dont au moins une sous vide pour obtenir des lingots de haute qualité. Cela nécessite que les caractéristiques de chaque méthode de fusion soient pleinement utilisées pour réaliser le processus métallurgique physique du titane et des alliages de titane, de manière à obtenir des lingots de titane et d'alliages de titane de haute qualité, reproductibles en continu et présentant d'excellentes performances.
3. Perspectives
D'un point de vue économique, en tant que principale méthode de production, la méthode VAR continuera à fournir des matériaux en titane de haute qualité pour les domaines aéronautiques et non aéronautiques, et restera une méthode idéale pour la fusion du titane et des alliages de titane. Cependant, les problèmes de préparation des électrodes et de nettoyage des lingots doivent encore être résolus. La méthode NC convient principalement à la récupération et à la fusion de la charge restituée. Les méthodes EBCHM et PCHM peuvent fournir des barres de titane de qualité 5 et du titane de meilleure qualité pour l'aérospatiale et d'autres domaines avec leurs avantages uniques. lingot d'alliage. Dans un avenir proche, il deviendra certainement un élément important du processus de fusion standard du titane. La méthode CCM et la méthode ESR doivent encore être améliorées et perfectionnées, et il est possible d'entrer dans une production à l'échelle industrielle.
