진공 아크 리멜팅은 어떻게 티타늄 잉곳의 궁극적 순도를 창출합니까?

고급 제조의 정밀 체인에서 티타늄 잉곳은 고유 한 금속 특성으로 대체 할 수없는 위치를 차지합니다. 항공 우주 차량의 가벼운 구조에서 심해 프로브의 부식 방지 껍질, 생물 의학 임플란트에서 화학 산업의 부식 에너지 ​​파이프 라인에 이르기까지 티타늄 잉곳의 순도 및 균일 성은 이러한 응용의 성능 제한을 직접 결정합니다. 티타늄 잉곳을 단조하기 위해 진공 아크 리멜팅 (VAR) 기술은 정확한 메스와 같습니다. 3 라운드의 엄격한 제련 과정을 통해 불순물은 층으로 층을 벗겨지며, 마지막으로 균일 한 구성과 우수한 성능을 갖춘 티타늄 잉곳이 캐스팅됩니다. 이 기술은 티타늄 재료의 순도를 보장 할뿐만 아니라 재료 병목 현상을 뚫기 위해 고급 제조를 촉진하기위한 핵심 원동력이기도합니다.

티타늄 재료의 산업적 가치는 저밀도, 고강도, 부식 저항 및 기타 특성에서 비롯되지만 이러한 특성의 성능은 재료의 순도에 크게 의존합니다. 미세한 수준에서, 불순물 요소 (예 : 산소, 질소, 탄소, 철 등)는 강조 농도 지점을 형성하여 포함 또는 2 상 형태의 티타늄 매트릭스에 존재합니다. 재료에 외부 힘이나 극한 환경이 적용될 때, 이러한 결함은 균열 개시의 원천이되어 물질 강도, 인성 상실 및 심지어 치명적인 실패를 감소시킵니다. 예를 들어, 항공 우주 분야는 티타늄 재료의 피로 수명에 대한 요구 사항이 매우 높으며, 작은 불순물은 비행 안전에 숨겨진 위험이 될 수 있습니다. 생의학 분야에서 임플란트의 불순물은 거부 반응 또는 부식 분해를 유발하여 환자의 건강을 위협 할 수 있습니다.

전통적인 제련 기술, 특히 티타늄과의 음성 지점 화합물을 형성하는 요소로 불순물을 완전히 제거하는 것은 어렵습니다. 이러한 불순물은 후속 처리에서 재분배되어 밴드 분리 또는 지역 결함을 형성하여 재료 특성을 더욱 약화시킬 수 있습니다. 따라서 프로세스 혁신을 통해 티타늄 잉곳의 궁극적 순도를 달성하는 방법은 티타늄 산업의 핵심 제안이되었습니다.

진공 아크 리멜팅 기술은 전극 용융 및 방향성 응고의 상승 효과를 통해 티타늄 액체의 깊은 정제를 달성합니다. 기술 논리는 세 가지 주요 단계로 분해 될 수 있습니다.

VAR 공정의 첫 번째 라운드에서, 소비 가능한 전극 (일반적으로 고순도 스폰지 티타늄 및 중간 합금으로부터 압축)은 진공 환경에서 ARC에 의해 가열되고 용융된다. 제련은 진공 조건 하에서 수행되기 때문에, 산소 및 질소와 같은 가스 불순물은 효과적으로 억제된다; 동시에, 티타늄 액체 (예 : 마그네슘 및 알루미늄의 클로라이드 등)의 높은 증기압 불순물은 제련 과정에서 휘발하고 탈출합니다. 이 단계는 원래 불순물의 약 50%를 제거하여 티타늄 잉곳의 순도를위한 예비 기초를 놓을 수 있습니다.

VAR의 제 2 라운드는 방향성 응고 동안 티타늄 액체의 조성 균질화를 달성하기 위해 응고 속도 및 온도 구배를 제어한다. 용융 풀의 바닥에있는 액체 금속은 먼저 결정화되는 반면, 분리 효과로 인해 불순물이 용융 풀의 상단까지 풍부합니다. 전극이 소비됨에 따라, 불순물이 풍부한 영역은 점차적으로 제거되어 최종 잉곳에 들어가는 것을 방지합니다. 이 과정은 불순물 함량을 더욱 감소시킬뿐만 아니라 수상 돌기 분쇄 및 재결정 화 메커니즘을 통한 미세 구조를 향상시킵니다.

VAR의 세 번째 라운드는 마이크로 스케일에서의 정제에 중점을 둡니다. 아크 파라미터와 제련 분위기를 최적화함으로써, 내포물의 크기와 분포를 정확하게 제어 할 수있다. 예를 들어, 전자기 교반 기술은 포함의 부동을 가속화 할 수있는 반면, 초고 진공 환경 (<10 ³ PA)은 가스 불순물의 재 흡수를 억제 할 수 있습니다. 최종 잉곳의 산소 함량은 0.1%미만으로 감소 될 수 있으며 질소 함량은 0.015%미만으로 항공 우주 등급 티타늄의 엄격한 표준을 충족합니다.

VAR 기술로 가져온 개선 된 순도는 직접 성능의 도약으로 해석됩니다. 티타늄 잉곳 , 산업 응용의 가능성을 여러 차원으로 재구성합니다.

1. 피로 성능의 양자 수준 개선
불순물 함량의 감소는 균열 개시 공급원을 크게 감소시켜 티타늄 재료의 피로 수명을 여러 번 확장시킵니다. 예를 들어, 항공기 엔진의 압축기 디스크가 var 티타늄 잉곳으로 제조 된 후 고 사이클 피로 강도는 400 MPa에서 600 MPa 이상으로 증가하여 차세대 엔진의 요구를 충족시키고 체중을 줄이고 효율성을 높입니다.

2. 부식 저항의 필수 혁신
순수한 티타늄 매트릭스의 표면에 형성된 조밀 한 산화물 필름 (TIO)은 안정성이 높으며, 부식 속도는 강산, 강한 알칼리 또는 고온 환경에서 2 배에 의해 감소된다. 이것은 화학 파이프 라인, 해수 담수화 장비 및 기타 필드에서 VAR 티타늄 잉곳의 적용 수명을 5 년에서 20 년 이상 연장합니다.

3. 처리 성능의 혁신적인 개선
균일 한 조성 분포는 전통적인 티타늄 잉곳의 분리 결함을 제거하여 단조, 롤링 및 기타 처리 과정에서 균열의 위험을 크게 줄입니다. 동시에, 낮은 불순물 함량은 뜨거운 작업 동안 표면 산화 및 내부 기공을 감소시키고, 수율 속도는 70%에서 90% 이상 증가합니다.

4. 초전도 및 수소 저장과 같은 최첨단 응용의 초석
초전도 티타늄 재료 분야에서 VAR 기술은 PPM 수준에서 불순물 함량을 제어하여 매우 저온에서 재료의 초전도 성능을 보장 할 수 있습니다. 수소 저장 티타늄 합금에서 순수한 매트릭스는 수소 흡수 및 방출 효율 및 사이클 안정성을 향상시킬 수 있습니다 .