在前几篇文章中,我们知道了钛是如何从矿石精选,到四氯化钛,再到海绵钛的。
今天,我们继续深度进入钛合金的生产环节了,就是钛合金锭的生产!
从这个环节开始,就进入到了钛金属材料公司的生产、业务范畴。
怎么一步步走过来的呢?
首先,海绵钛是高纯度钛金属,为了让材料有更好的物理性能,我们需要加入一些其他金属,最常见的钛合金牌号是TC4,全名是Ti-6Al-4V,属于(α+β)型钛合金,就是在钛金属里面增加了铝钒金属的合金包。
这个生产环节,就是钛合金锭的生产。
这个过程,称之为“熔炼”,大家可以想象成,把海绵钛+铝钒包挤压成蜡烛,然后把蜡烛倒过来烧,经过多次熔炼,形成了均质的金属锭,这个过程,就是钛合金锭的生产。
真空电弧重熔是一种利用电弧作热源在真空条件下熔炼金属的真空熔炼技术,简称VAR。
首先我们先构建一个简单的模型:点燃一根蜡烛,正常的情况是火焰朝上。钛材料的熔炼恰恰相反,就相当于将蜡烛倒立,火焰朝下。滴蜡落在坩埚里面成为钛锭。
钛材料的熔炼其真正的原理是:在无渣及真空条件下,金属电极在直流电弧的高温作用下迅速熔化并在水冷铜结晶器内进行再凝固。
真空电弧重熔过程可分为焊接电极、引弧、正常熔炼和封顶4个过程:
(1)焊接电极。每一炉熔炼所用的自耗电极要求与过渡电极同轴且被牢固地焊接在过渡电极上。焊接在真空下进行。在自耗电极被焊接的一端铺上一层同品种车屑作为引弧剂,然后下降电极杆,使过渡电极与自耗电极之间燃弧,当燃弧的两个端面被加热且电弧稳定,在自耗电极端面有较多的金属液相形成时,迅速下降电极杆,使燃弧的两个端面紧密接触而焊合在一起。
(2)引弧。
在自耗电极与结晶器底部的细末纯钛海绵钛之间引燃电弧,提高弧区温度和在结晶器底部形成一定大小的金属熔池,保持自耗电极与金属熔池之间形成稳定的电弧,使自耗电极的重熔转入正常的熔炼。
(3)熔炼期。
是重熔过程的主要时期,在这期间钛或钛合金被熔炼凝固成锭,即脱除金属中的气体及低熔点的金属杂质,去除非金属夹杂物,降低偏析程度以及获得理想的铸态组织结构。
(4)封顶(也叫补缩)。
目的在于减小重熔锭头部缩孔,减轻头部“V”形收缩区的疏松程度,以及促进夹杂物的最后上浮和排除,减少切头量,提高成材率。
至此,我们终于得到了钛合金锭,别着急,后面还有很多道工序,才能做成成品,后面我们一点一点说!