Cinq méthodes de fusion courantes pour les alliages de titane

Les alliages de titane sont largement utilisés dans diverses industries en raison de leurs excellentes propriétés, telles que leur rapport résistance/poids élevé, leur résistance à la corrosion et leur biocompatibilité. Cependant, le point de fusion élevé des alliages de titane présente des défis de traitement. Les méthodes de fusion des alliages de titane sont généralement divisées en : 1. Méthode de fusion au four à arc électrique consommable sous vide ; 2. Méthode de fusion au four à arc électrique sous vide non consommable ; 3. Méthode de fusion à foyer froid ; 4. Méthode de fusion en pot froid ; 5. Méthode de fusion sous laitier électrolytique. Cinq méthodes.

1. Méthode de fusion au four à arc électrique des consommables sous vide (appelée méthode VAR)
Il s’agit d’un procédé métallurgique avancé utilisé pour la production de métaux et d’alliages de haute pureté. Cette méthode est principalement utilisée pour améliorer la pureté et l'uniformité des matériaux et est généralement utilisée pour produire des alliages spéciaux de haute qualité, des alliages d'aluminium et d'autres matériaux métalliques très demandés. Avec le développement de la technologie du vide et l’application des ordinateurs, la méthode VAR est rapidement devenue une technologie de production industrielle mature pour le titane. La plupart des lingots de titane et de ses alliages actuels sont produits selon cette méthode. Les principales caractéristiques de la méthode VAR sont une faible consommation d’énergie, une vitesse de fusion élevée et une bonne reproductibilité de la qualité. Le lingot fondu par la méthode VAR a une bonne structure cristalline et une composition chimique uniforme. Habituellement, le lingot fini doit être fondu par la méthode VAR. Au moins deux refusions sont nécessaires. La méthode VAR est utilisée pour produire des lingots de titane. Les processus utilisés par les fabricants du monde entier sont fondamentalement similaires. La différence réside dans l’utilisation de différentes méthodes et équipements de préparation des électrodes. La préparation des électrodes peut être divisée en trois grandes catégories. L'une est l'électrode intégrée qui est continuellement pressée en ajoutant des matériaux par portions, éliminant ainsi le processus de soudage à l'électrode ; l'autre est l'électrode monobloc qui est pressée et soudée en électrodes consommables. Et soudés ensemble par soudage à l'arc plasma sous argon ou par soudage sous vide ; troisièmement, utilisez d’autres méthodes de fusion pour préparer les électrodes coulées.
En plus des deux caractéristiques ci-dessus, les fours VAR modernes pour la fusion du titane ont également réalisé le four VAR à grande échelle. Les fours VAR modernes peuvent fondre de gros lingots d'un diamètre de 1,5 m et d'un poids de 32 tonnes.
La méthode vAR est la méthode de fusion industrielle standard pour le titane et les alliages de titane modernes.

2. Méthode de fusion au four à arc électrique sous vide non consommable (méthode Jianni NC)
Environnement sous vide Comme pour le four à arc électrique consommable, la méthode CNC est également réalisée dans un environnement sous vide. En aspirant l'air et le gaz dans le four, des conditions de vide poussé sont créées pour réduire progressivement la contamination par l'air et l'oxygène et garantir la production de matériaux en alliage de haute qualité.
Électrodes Dans l'usinage CNC, les électrodes utilisées sont généralement non consommables et sont généralement constituées de tungstène ou d'autres matériaux à point de fusion élevé. Ces électrodes sont stables et capables de résister à des décharges d'arc à haute température et à haute énergie sans être consommées.
L'arc se produit en introduisant un courant électrique, généralement à l'aide de deux électrodes, produisant une décharge d'arc. Cet arc est très chaud et peut chauffer les matériaux à des températures supérieures à leur point de fusion.
Fusion du matériau Sous l'action de l'arc, le matériau est chauffé à une température suffisamment élevée pour s'enflammer et fondre. Puisque des électrodes non consommables sont utilisées, les électrodes elles-mêmes ne sont pas consommées et peuvent donc être utilisées en continu.
Préparation de l'alliage : Une fois le matériau fondu, l'alliage requis peut être préparé en ajustant l'intensité de l'arc, la température dans le four et la composition de l'alliage. Cela rend la méthode NC très adaptée à la préparation d’alliages avec une haute précision et un contrôle précis de la composition.
En tant que fusion ponctuelle, la méthode NC est très avantageuse du point de vue de l'amélioration du taux de récupération des matières résiduelles et de la réduction des coûts. Habituellement, les fours NC et les fours VAR sont utilisés conjointement pour tirer pleinement parti de leurs avantages respectifs. La méthode CN est couramment utilisée dans les laboratoires de recherche et pour préparer des matériaux spéciaux car elle offre un degré élevé de contrôle des matériaux et de flexibilité de préparation. Cependant, par rapport aux fours à arc électrique consommables, les coûts d'équipement et de fonctionnement de la méthode NC sont plus élevés, de sorte qu'elle est principalement utilisée dans des applications qui nécessitent une grande précision et un contrôle précis des composants, telles que l'aérospatiale, l'énergie, l'électronique, etc.

3. Méthode de fusion à foyer froid (méthode CHM en abrégé)
Les défauts d’inclusion métallurgiques dans les lingots de titane et d’alliages de titane causés par la contamination des matières premières et des processus de fusion anormaux ont toujours affecté l’application du titane et des alliages de titane dans le domaine aérospatial. Afin d’éliminer les inclusions métallurgiques dans les pièces rotatives des moteurs d’avion en alliage de titane, la technologie de fusion à foyer froid a vu le jour.
La plus grande caractéristique de la méthode CHM est la séparation des processus de fusion, d'affinage et de solidification, c'est-à-dire que la charge fondue pénètre dans le foyer froid et est d'abord fondue, puis entre dans la zone de raffinage du foyer froid pour être raffinée et enfin se solidifie en lingots dans la zone de cristallisation. L’avantage non négligeable de la technologie CHM est qu’elle permet de former une coque de condensation sur la paroi du foyer froid. Sa « zone visqueuse » permet de capturer des inclusions de haute densité (HDI) telles que WC, Mo, Ta, etc. Parallèlement, dans la zone de raffinage, des inclusions de faible densité. Le temps de séjour prolongé des particules (LDI) dans les hautes les liquides à température élevée peuvent assurer la dissolution complète du LDI, éliminant ainsi efficacement les défauts d'inclusion. C'est-à-dire. Le mécanisme de purification de la fusion à foyer froid peut être divisé en deux types : la séparation par gravité et la séparation par fusion.

4. Méthode de fusion en creuset froid (appelée méthode CCM)
Dans les années 1980, l'American Ferrosilicon Company a développé un procédé de fusion par induction sans scories et a promu la méthode CCM dans les applications de production industrielle pour la production de lingots de titane et de pièces moulées de précision en titane. Ces dernières années, dans certains pays économiquement développés, la méthode CCM a commencé à entrer dans l'échelle de production industrielle. Le diamètre maximum du lingot est de 1 m et la longueur est de 2 m. Ses perspectives de développement sont accrocheuses. Le processus de fusion du CCM est effectué dans un creuset métallique composé de blocs en forme d'arc refroidis à l'eau ou de tubes de cuivre non conducteurs les uns aux autres. Le plus grand avantage de cette combinaison est que l'espace entre chaque deux blocs est un champ magnétique amélioré, et le fort champ magnétique généré. L'agitation apporte une cohérence à la composition chimique et à la température, améliorant ainsi la qualité du produit. La méthode CCM combine les caractéristiques de la méthode VAR et de la fusion par induction en creuset des matériaux réfractaires. Il ne nécessite pas de matériaux réfractaires ni d'électrodes et peut obtenir des lingots de haute qualité avec une composition uniforme et sans contamination du creuset en un seul processus de fusion. Par rapport à la méthode VAR, la méthode CCM présente les avantages d’un faible coût d’équipement et d’une utilisation facile, mais à l’heure actuelle, cette technologie est encore en phase de développement.
5. Méthode de fusion sous laitier électrolytique (méthode ESR en abrégé)
La méthode ESR utilise la collision de particules chargées lorsque le courant électrique traverse un laitier électrique conducteur pour convertir l'énergie électrique en énergie thermique. Il s'agit d'un processus de fusion et d'affinage des métaux, souvent utilisé pour la fusion et l'affinage à haute température de métaux et d'alliages à point de fusion élevé, tels que l'acier, le nickel, le molybdène, le niobium, etc. Il utilise l'énergie thermique générée par la résistance des scories pour faire fondre et affiner la charge. La méthode ESR utilise des électrodes consommables pour la fusion électroscolaire dans les scories inactives (CaF2). Il peut être directement coulé en lingots de même forme et présente une bonne qualité de surface, ce qui le rend approprié pour un traitement direct lors du processus suivant. Étapes générales de la méthode de fusion sous laitier électrolytique :
Chargement : Chargement du métal ou de l'alliage à fondre et à affiner dans le four. Ces matériaux sont généralement introduits dans le four en morceaux ou en morceaux.

Allumage par arc : Un arc électrique est créé au sommet du four par deux électrodes (généralement des électrodes de carbone). La température élevée générée par l’arc chauffe le métal jusqu’à sa température de fusion.

Laitier d'électroformage : laitier métallique qui forme plusieurs couches diélectriques sur une surface métallique. Ces scories sont composées d'oxydes métalliques et d'autres scories métalliques, qui flottent à la surface du métal et empêchent toute diffusion ultérieure.

Passage du courant : passage d'un courant de haute intensité à travers la résistance entre le métal et l'arc. Cela continuera à chauffer le métal, le faisant fondre.

Oxydation et raffinage : dans les scories électriques qui se forment à la surface du métal, les oxydes et autres impuretés réagissent avec le métal et sont éliminés ou réduits au niveau souhaité. Cela aide à affiner le métal au niveau souhaité