การถลุงจะรับประกันความบริสุทธิ์สูงและประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมได้อย่างไร

โลหะผสมไทเทเนียมนิกเกิลได้กลายเป็นวัสดุหลักในสาขาระดับสูง- เช่น การบินและอวกาศและการปลูกถ่ายทางการแพทย์ เนื่องจากมีผลต่อการจดจำรูปร่าง ความยืดหยุ่นยิ่งยวด และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ประสิทธิภาพการทำงานขึ้นอยู่กับการควบคุมกระบวนการหลอมที่แม่นยำเป็นอย่างสูง และการนำสิ่งเจือปนหรือการแยกส่วนประกอบมาใช้อาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงกะทันหัน จากมุมมองของการดำเนินการตามกระบวนการทั้งหมด ให้วิเคราะห์ประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญเพื่อให้มั่นใจในความบริสุทธิ์สูงและประสิทธิภาพที่เป็นเลิศของโลหะผสม

การควบคุมวัตถุดิบก่อนการหลอมถือเป็นการป้องกันขั้นแรกในการประกันความบริสุทธิ์ ต้องเลือกฟองน้ำไทเทเนียมที่มีความบริสุทธิ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99.8% และแผ่นนิกเกิลด้วยไฟฟ้าที่มีความบริสุทธิ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99.9% และจะต้องกำจัดสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย เช่น เหล็ก คาร์บอน และออกซิเจนออกโดยการวิเคราะห์สเปกตรัม (ที่มีปริมาณองค์ประกอบเดียวน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05%) ไม่สามารถละเลยกระบวนการปรับสภาพวัตถุดิบได้: วัตถุดิบไทเทเนียมจะต้องทำให้แห้งในสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่ 400 องศาเป็นเวลา 4 ชั่วโมงเพื่อกำจัดไฮโดรเจนที่ดูดซับ ในขณะที่แผ่นนิกเกิลต้องทำความสะอาดด้วยการทำความสะอาดอัลตราโซนิกเอทานอลแบบแอนไฮดรัสเพื่อขจัดคราบน้ำมันบนพื้นผิวและฟิล์มออกไซด์ หลีกเลี่ยงการก่อตัวของการรวมออกไซด์ในระหว่างการหลอม ในเวลาเดียวกัน การเตรียมอิเล็กโทรดแบบบริโภคต้องใช้เทคโนโลยีการกดแบบไอโซสแตติก โดยมีการควบคุมความหนาแน่นของการกดที่สูงกว่า 4.2g/cm ³ เพื่อป้องกันการหลบหนีของก๊าซที่ไม่สมบูรณ์เนื่องจากการหลวมของอิเล็กโทรดในระหว่างการหลอม
 

ผลิตภัณฑ์โลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียม

 

แท่งโลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียม

แผ่นโลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียม

ลวดโลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียม

ฟอยล์โลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียม

อนุภาคโลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียม

ชิ้นส่วนกลึงโลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียม

อุปกรณ์ถลุงแร่และการควบคุมสิ่งแวดล้อมคือการสนับสนุนหลัก เตาหลอมอาร์คบริโภคแบบสูญญากาศมักใช้ในอุตสาหกรรม ก่อนที่จะหลอม ตัวเตาจะต้องถูกดูดฝุ่นและเติมก๊าซอาร์กอนอย่างน้อยสามครั้ง และระดับสุญญากาศสุดท้ายต้องถึงน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1 × 10 ⁻ ³ Pa เพื่อปล่อยก๊าซที่ทำงานอยู่ เช่น ไนโตรเจนออกไซด์ในอากาศจนหมด ก๊าซอาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูงที่มีความบริสุทธิ์มากกว่าหรือเท่ากับ 99.999% ถูกเลือกเป็นก๊าซเฉื่อยในเตาเผา และจำเป็นต้องผ่านการบำบัดการคายน้ำด้วยตะแกรงโมเลกุล (จุดน้ำค้างน้อยกว่าหรือเท่ากับ -70 องศา ) เพื่อหลีกเลี่ยงการแนะนำองค์ประกอบไฮโดรเจน ในระหว่างการประกอบอิเล็กโทรด จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าเบี่ยงเบนโคแอกเซียลน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5 มม. เพื่อป้องกันการเผาไหม้มากเกินไปในท้องถิ่นที่เกิดจากการเบี่ยงเบนส่วนโค้งในระหว่างกระบวนการหลอม ส่งผลให้องค์ประกอบไม่สม่ำเสมอ

การควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการถลุงจะกำหนดประสิทธิภาพโดยตรง ในระหว่างระยะเริ่มต้นส่วนโค้ง จะมีการนำโหมดกระแสที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ แรงดันไฟฟ้าต่ำ-มาใช้ โดยค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 500A เป็น 2000-3000A โดยมีแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ 10-15kV เพื่อให้แน่ใจว่าการก่อตัวที่ราบรื่นของสระหลอมเหลวและลดการสูญเสียการกระเซ็น ในระหว่างกระบวนการหลอม จำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิของสระหลอมเหลวไว้ที่ 1,600-1,700 องศา และติดตามแบบเรียลไทม์ผ่านการวัดอุณหภูมิอินฟราเรด เพื่อหลีกเลี่ยงการระเหยของไทเทเนียมที่เกิดจากอุณหภูมิสูง (จุดเดือดของไทเทเนียม 1,668 องศา ) หรือการแยกองค์ประกอบที่เกิดจากอุณหภูมิต่ำ เพื่อให้ได้องค์ประกอบที่สม่ำเสมอ จำเป็นต้องพลิกการหลอม 3-4 รอบ โดยใช้เวลาพัก 10 นาทีหลังจากการหลอมแต่ละครั้ง เพื่อให้องค์ประกอบโลหะผสมกระจายได้เต็มที่และควบคุมส่วนเบี่ยงเบนของปริมาณนิกเกิลภายใน ± 0.2% - นี่คือกุญแจสำคัญในการรับรองเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่าง (อุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสจะเปลี่ยนไปประมาณ 10 องศาสำหรับทุก ๆ การเบี่ยงเบน 0.1% ของปริมาณนิกเกิล)

การบำบัดหลังการหลอมและการตรวจสอบคุณภาพถือเป็นการตรวจสอบขั้นสุดท้าย แท่งโลหะผสมจะต้องทำให้เย็นลงในเตาเผาที่อุณหภูมิต่ำกว่า 200 องศาก่อนที่จะนำออกจากเตาเพื่อหลีกเลี่ยงการเย็นตัวอย่างรวดเร็วและการเกิดความเปราะของการเปลี่ยนแปลงมาร์เทนซิติก ทันทีหลังจากการอบ จะมีการลอกพื้นผิวเพื่อขจัดชั้นออกไซด์หนา 1-2 มม. และชั้นที่ขาดไทเทเนียมออก จากนั้น ปริมาณสิ่งเจือปนที่พื้นผิวจะถูกตรวจพบโดยเครื่องเอ็กซ์เรย์ฟลูออเรสเซนซ์สเปกโทรสโกปีเพื่อให้แน่ใจว่าออกซิเจนมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.15% ไนโตรเจนมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05% และไฮโดรเจนมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.005% คุณภาพภายในได้รับการทดสอบโดยใช้การทดสอบอัลตราโซนิค (UT) และต้องเป็นไปตามมาตรฐาน Class A โดยไม่มีรูพรุนหรือสิ่งเจือปนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่าหรือเท่ากับ 0.5 มม.

การหลอมโลหะผสมไทเทเนียมนิกเกิลเป็นวิศวกรรมที่เป็นระบบของ "การควบคุมทุกขั้นตอนอย่างแม่นยำ" ตั้งแต่การทำให้วัตถุดิบบริสุทธิ์ไปจนถึงการปรับพารามิเตอร์การหลอมให้เหมาะสม จากนั้นจึง-ทดสอบหลังการบำบัด แต่ละลิงก์เกี่ยวข้องโดยตรงกับความบริสุทธิ์และประสิทธิภาพ การปฏิบัติตามตรรกะการทำงานของการควบคุมสภาพแวดล้อมสุญญากาศ การหลอมหลายรอบ และการควบคุมพารามิเตอร์ที่แม่นยำเท่านั้น จึงจะสามารถบรรลุการใช้งานโลหะผสมที่เชื่อถือได้ในสาขาระดับสูง-ได้