Jak vytváří remelting vakuového oblouku konečnou čistotu titanových ingotů?

V přesném řetězci špičkové výroby zabírají titanové ingoty nenahraditelnou polohu s jejich jedinečnými kovovými vlastnostmi. Od lehké struktury leteckých vozidel až po korozivní skořápku hlubokých sond, od biomedicínských implantátů po potrubí odolné proti korozi v chemickém průmyslu, čistota a uniformita titanových ingotů přímo určují limity výkonu těchto aplikací. Na cestě k kování titanových ingotů je technologie vakuového oblouku (VAR) jako přesný skalpel. Prostřednictvím tří kol přísných procesů tavení se nečistoty odlupují vrstvou po vrstvě a nakonec je obsazen titanový ingot s jednotným složením a vynikajícím výkonem. Tato technologie není jen zárukou čistoty titanových materiálů, ale také hlavní hnací silou pro podporu špičkové výroby, která prolomí úzká místa materiálu.

Průmyslová hodnota titanových materiálů pochází z nízké hustoty, vysoké pevnosti, odolnosti proti korozi a dalších charakteristik, ale výkon těchto charakteristik je vysoce závislý na čistotě materiálu. Na mikroskopické úrovni existují prvky nečistoty (jako je kyslík, dusík, uhlík, železo atd.) V titanové matrici ve formě inkluzí nebo druhých fází, které vytvářejí body koncentrace napětí. Když je materiál podroben vnějším silám nebo extrémním prostředí, stanou se tyto vady zdrojem iniciace trhlin, což povede ke snížení síly materiálu, ztrátě houževnatosti a dokonce i katastrofické selhání. Například pole letectví má extrémně vysoké požadavky na únavovou životnost titanových materiálů a jakékoli malé nečistoty se mohou stát skrytým nebezpečím pro bezpečnost letu; V biomedicínském poli mohou nečistoty v implantátech způsobit reakce odmítnutí nebo degradaci koroze, což ohrožuje zdraví pacientů.

Je obtížné zcela eliminovat nečistoty tradiční technologií tavení, zejména ty prvky, které tvoří eutektiku nebo bodové sloučeniny s nízkým tahem s titanem. Tyto nečistoty mohou být redistribuovány v následném zpracování, vytvářející pruhované segregace nebo regionální vady, což dále oslabuje materiálové vlastnosti. Proto, jak dosáhnout konečné čistoty titanových ingotů prostřednictvím inovací procesů, se proto stalo hlavním návrhem titanového průmyslu.

Technologie remeltingu vakuového oblouku dosahuje hluboké čištění titanové kapaliny prostřednictvím synergického účinku tání elektrody a směrového tuhnutí. Jeho technická logika může být rozložena na tři klíčové fáze:

V prvním kole procesu VAR se spotřebovatelná elektroda (obvykle lisovaná z vysoce čisté houby titanu a mezilehlé slitiny) zahřívá a roztaví obloukem ve vakuovém prostředí. Protože tavení se provádí za vakuových podmínek, jsou nečistoty plynu, jako je kyslík a dusík, účinně potlačeny; Současně nečistoty vysokého tlaku páry v titanové kapalině (jako je chloridy hořčíku a hliníku) během procesu tavení úniku. Tato fáze může odstranit asi 50% původních nečistot a položit předběžný základ pro čistotu titanového ingotu.

Druhé kolo VAR řídí rychlost tuhnutí a teplotní gradient pro dosažení složení homogenizace titanové kapaliny během směrového tuhnutí. Kapalný kov na dně roztaveného bazénu krystalizuje nejprve, zatímco nečistoty jsou obohaceny na vrchol roztaveného bazénu kvůli segregačnímu účinku. Když je elektroda spotřebována, oblast obohacená nečistotou se postupně odstraní, aby se zabránilo vstupu do konečného ingotu. Tento proces nejen snižuje obsah nečistoty, ale také zlepšuje mikrostrukturu prostřednictvím mechanismů drcení a rekrystalizace dendritu.

Třetí kolo VAR se zaměřuje na čištění v mikroskopu. Optimalizací parametrů ARC a tavicí atmosféře lze přesně ovládat velikost a distribuce inkluzí. Například technologie elektromagnetického míchání může urychlit plovoucí inkluze, zatímco ultra vysoké vakuové prostředí (<10⁻³ PA) může inhibovat re-adsorpci nečistot plynu. Obsah kyslíku v konečném Ingotu může být snížen pod 0,1%a obsah dusíku je menší než 0,015%, což splňuje přísné standardy titanu na úrovni letectví.

Vylepšená čistota přinesená technologií VAR se přímo promítá do skoku ve výkonu Titanium ingots , a přetváří možnost průmyslových aplikací ve více dimenzích:

1. Zlepšení výkonu únavy na kvantové úrovni
Snížení obsahu nečistoty významně snižuje zdroj iniciace trhlin a několikrát prodlouží únavovou životnost titanových materiálů. Například po vyrábění kompresorového disku letadlového motoru s VAR titanovými ingoty se jeho únava s vysokým cyklem zvyšuje ze 400 MPa na více než 600 MPa a splňuje potřeby nové generace motorů ke snížení hmotnosti a zvýšení účinnosti.

2. Základní průlom v odolnosti proti korozi
Hustý oxidový film (TiO₂) vytvořený na povrchu čisté titanové matrice má vyšší stabilitu a rychlost koroze je snížena o dva řády velikosti silné kyseliny, silné alkálie nebo vysokoteplotní prostředí. Tím se rozšiřuje životnost aplikací VAR titaniových ingotů v chemických potrubích, odsolovacím zařízeních z mořské vody a dalších polí od 5 let na více než 20 let.

3. revoluční zlepšení výkonu zpracování
Distribuce jednotného složení eliminuje segregační defekty tradičních titanových ingotů, což výrazně snižuje riziko praskání během kování, válcování a dalších procesů zpracování. Současně obsah nízkého nečistoty snižuje oxidaci povrchu a vnitřní póry během práce horkého a rychlost výnosu se zvyšuje ze 70% na více než 90%.

4. Základní kámen špičkových aplikací, jako je supravodivost a skladování vodíku
V oblasti supravodivých titanových materiálů může technologie VAR ovládat obsah nečistot na úrovni PPM, aby zajistil supravodivý výkon materiálu při extrémně nízkých teplotách; Ve slitinách titanu vodíku může čistá matrice zlepšit absorpci a účinnost uvolňování vodíku a stabilitu cyklu.