Nouvelle méthode et équipement pour la fusion et la coulée de l'alliage de titane Ti-13Nb-13Zr

Le titane Ti-13Nb-13Zr se classe au quatrième rang des éléments métalliques de la croûte terrestre en termes de réserves après le fer, l'aluminium et le cuivre. De plus, les alliages de titane présentent d’excellentes performances et sont donc de plus en plus largement utilisés. Les alliages de titane peuvent être classés en alliages de titane haute température, alliages de titane structurels et alliages de titane fonctionnels en fonction de leur contexte d'application. Le titane est un métal très actif, à l'état liquide, et la réaction de l'oxygène, de l'azote, de l'hydrogène et du carbone est assez rapide, la fusion de l'alliage de titane doit donc se faire sous un vide plus élevé ou sous une protection contre un gaz inerte (ar ou ne). Creuset de fusion avec creuset en cuivre refroidi à l'eau, le processus de fusion spécifique comporte trois méthodes principales : (1) alliage de fusion au four à arc à électrodes non auto-consommateur fondant sous vide ou sous protection de gaz inerte. Le processus prépare principalement les électrodes pour la fusion des électrodes par autoconsommation. (2) Fusion au four à arc à électrode auto-consommée sous vide Une électrode auto-consommée en titane ou en alliage de titane est utilisée comme cathode et un creuset en cuivre refroidi à l'eau comme anode. L'électrode fondue pénètre dans le creuset sous forme de gouttelettes de liquide, formant un bain fondu. La surface du bain de fusion est chauffée par un arc électrique et est toujours à l'état liquide. Le fond et la zone environnante en contact avec le creuset sont soumis à un refroidissement forcé, entraînant une cristallisation ascendante. Le métal liquide dans le bain en fusion se solidifie et devient un lingot de titane. (3) Protection de la coque de condensation de l'électrode d'autoconsommation sous vide fondant Schéma du dispositif de fusion. Ce four est développé sur la base d'un four à arc à électrodes à autoconsommation sous vide, il s'agit d'une sorte de fusion et de coulée centrifuge dans le moulage de pièces façonnées du type four. Sa plus grande caractéristique est qu'il existe une couche de coque mince et solide en alliage de titane entre le creuset en cuivre refroidi à l'eau et le métal en fusion, ce qu'on appelle la coque figée, et cette couche de coque figée du même matériau sert de revêtement du creuset, qui est utilisé pour former le bain de fusion pour stocker le liquide de titane, et évite la contamination du creuset par le liquide d'alliage de titane. Après la coulée, une couche de coquille figée laissée dans la perte accrue peut être utilisée comme revêtement du creuset.

Ces dernières années, avec le développement de la science et de la technologie et des besoins de production, la recherche et le développement successifs de méthodes et d'équipements de fusion d'alliages de titane et d'autres métaux actifs, principalement un four à faisceau d'électrons, un four à plasma, un four à induction sous vide, etc., ont permis d'obtenir un un certain degré d'application. Cependant, d'après la comparaison de la consommation d'énergie, de la vitesse de fusion, du coût et d'autres indicateurs techniques et économiques, la fusion au four à arc à électrodes à autoconsommation (y compris le four à condensation) reste la méthode de fusion la plus économique et la plus applicable. En raison des propriétés physico-chimiques du titane, le processus de coulée de l'alliage de titane, que ce soit le taux de matériaux de modélisation, le processus a ses propres exigences et caractéristiques. Premièrement, l’exigence de matériaux de modélisation à caractère réfractaire très élevé ; Deuxièmement, le coulage doit être effectué dans un degré élevé de vide ou sous protection par gaz inerte, et parfois également sous la force centrifuge. Le matériau de la coque de connexion est différent, la coque de moulage par fusion est divisée en trois systèmes différents.
(1) Système de coque en graphite pur. La poudre de graphite de différentes granulométries est utilisée comme charge réfractaire et matériau d'épandage de sable, et la résine est utilisée comme agent de liaison. Haute résistance, poids léger, faible coût et large source de matières premières. Convient pour la coulée centrifuge ou par gravité.
(2) Système de coque en céramique d'oxyde. La face et la couche arrière de la coque sont constituées d'oxyde comme matériau de modelage, la coque est donc de haute résistance et la conductivité thermique est la plus petite parmi les trois types de coques, ce qui convient au coulage de pièces moulées à paroi mince avec des formes complexes.
(3) Système de coque à couche frontale en métal réfractaire. Pour le système composite, en plus de la couche frontale, en raison des différents matériaux de moulage (poudre de tungstène et autres métaux réfractaires), il faut suivre un processus spécial, la couche arrière des matériaux de moulage au processus de fabrication de la coque est la même que celle du moulage. moulage de précision en acier.
Avec les trois types ci-dessus de moulage de systèmes de coque de pièces moulées en titane, la différence dans la composition chimique et les propriétés mécaniques est très faible ; mais la qualité de la surface présente une différence significative, les deux derniers types de retrait de la coque sont nettement inférieurs à ceux de la coque en graphite, et donc la précision dimensionnelle du moulage.