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钛的冶金新方法以及新技术

文字来源:深圳市圣瑞金属科技有限公司人气:4发布时间:2019-05-14

在地壳中的含量仅次于铁、铝、同铜等金属元素,但是为什么钛的价格很贵,远超过铁和铝哪?这是因为钛的总量虽然很大,但是分布很不集中,并且在冶炼时很困难,其困难程度远超过铁、铜等金属。

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钛元素在地壳中的储量仅次于铁、铝、铜,位居金属元素的第四位。而且,钦合金具有一系列优异的性能,因而获得越来越广泛的应用。钛合金依其应用背景可分为高温钛合金、结构钛合金和功能钛合金三种。钛是非常活泼的金属,在液态下,和氧、氮、氢和碳的反应相当快,因此钛合金熔炼必须在较高的真空度或惰性气体(ar或ne)保护下进行。熔炼用坩埚均采用水冷铜坩埚,具体的熔炼工艺主要有三种方式:(1)非自耗电极电弧炉熔炼 合金熔炼在真空或惰性气体保护下进行。该工艺主要为自耗电极熔炼制备电极。(2)真空自耗电极电弧炉熔炼 以钛或钛合金制成的自耗电极为阴极,以水冷铜坩埚为阳极。熔化了的电极以液滴形式进入坩埚,形成熔池。熔池表面被电弧加热,始终呈液态,底部和坩埚接触的四周受到强制冷却,产生自下而上的结晶。熔池内的金属液凝固后成为钛锭。(3)真空自耗电极凝壳护熔炼 熔炼装置示意。这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的,它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳,即所谓凝壳,这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬,用于形成熔池储存钛液,避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后,留在增损内的一层凝壳,可作为坩埚内衬继续使用。 
近年来,随着科技的发展及生产的需要,相继研究开发了熔炼钛合金及其他活性金属的新方法及装备,主要有电子束炉、等离子体炉、真空感应炉等,并获得一定程度的应用。但从耗电量、熔化速度、成本等技术经济指标对比来看,自耗电极电弧炉(含凝壳炉)熔炼仍是目前最经济适用的熔炼方法。由于钛元素的物理-化学特性,使得钛合金的铸造工艺,无论是造型材料率是工艺方法均有其独特的要求和特点。一是要求耐火度非常高的造型材料;二是浇注必须在较高的真空度或惰性气体的保护下进行,有时还要附以离心力。接型壳材料不同,熔模型壳又分为三种不同的系统。
(1)纯石墨型壳系统。用不同粒度的石墨粉作为耐火填料和撒砂材料,以树脂为粘接剂。型壳强度高、重量轻、成本低,原料来源广泛。适于离心或重力浇注。
(2)氧化物陶瓷型壳系统。型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料,因而型壳强度高,热导率在三种型壳中最小,适于浇注形状复杂的薄壁铸件。
(3)难熔金属面层型壳系统。为复合型系统,除面层因造型材料不同(钨粉等难熔金属)需采取特殊工艺外,背层从造型材料到制壳工艺均同于铸钢的熔模铸造。
用以上三种型壳系统浇注的钛铸件,在化学成分和力学性能方面差别很小;但表面质量有明显差别,后两种型壳的收缩率明显小于石墨型壳,因而铸件尺寸精度。

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