チタン合金の一般的な 5 つの精錬方法
チタン合金は、高い強度重量比、耐食性、生体適合性などの優れた特性により、さまざまな産業で広く使用されています。 しかし、チタン合金は融点が高いため、加工に課題が生じます。 チタン合金の製錬方法は、一般に次の 2 つに分けられます。 1. 真空消耗式電気炉製錬方法 2. 2. 消耗品を使用しない真空電気炉製錬法。 冷間炉床製錬法、４． コールドポット製錬法、４． 5.エレクトロスラグ製錬法。 5つの方法。
1. 真空消耗式電気炉溶解法（VAR法といいます）
これは、高純度の金属および合金の製造に使用される高度な冶金プロセスです。 この方法は主に材料の純度や均一性を向上させるために使用され、通常、高品質の特殊合金、アルミニウム合金、その他の需要の高い金属材料の製造に使用されます。 真空技術の発展とコンピューターの応用により、VAR 法は急速に成熟したチタンの工業生産技術になりました。 現在のチタンとその合金のインゴットのほとんどはこの方法で製造されています。 VAR 法の顕著な特徴は、低消費電力、高い溶解速度、および優れた品質再現性です。 VAR法で溶解したインゴットは結晶構造が良く、化学組成が均一です。 通常、完成したインゴットはVAR法によって溶解されます。 少なくとも 2 回の再溶解が必要です。 チタンインゴットの製造にはVAR法が使用されます。 世界中のメーカーが使用するプロセスは基本的に似ています。 違いは、使用する電極の準備方法と装置にあります。 電極の準備は 3 つの主要なカテゴリに分類できます。 1 つは、材料を部分的に追加して連続的にプレスする一体型電極で、電極の溶接プロセスを省略します。 もう 1 つは、消耗電極にプレスおよび溶接される一体型の電極です。 プラズマアルゴンアーク溶接または真空溶接によって溶接されます。 第三に、他の製錬方法を使用して鋳造電極を準備します。
上記の 2 つの特徴に加えて、最新のチタン製錬用 VAR 炉は大規模な VAR 炉も実現しています。 最新の VAR 炉は、直径 1.5 メートル、重量 32 トンの大きなインゴットを精錬できます。
vAR 法は、最新のチタンおよびチタン合金の標準的な工業製錬法です。
2. 消耗品不要の真空電気炉溶解法（ジャンニNC法）
真空環境 消耗品電気炉と同様に、CNC 加工も真空環境で実行されます。 炉内の空気やガスを吸引することで高真空状態を作り出し、空気や酸素の汚染を徐々に減らし、高品質な合金材料を確実に製造します。
電極 CNC 加工では、通常、使用される電極は消耗品ではなく、タングステンまたはその他の高融点材料で作られています。 これらの電極は安定しており、消耗することなく高温および高エネルギーのアーク放電に耐えることができます。
アーク放電は、通常 2 つの電極を使用して電流を導入し、アーク放電を生成することによって発生します。 このアークは非常に高温であり、材料をその融点を超える温度まで加熱する可能性があります。
材料の溶融 アークの作用により、材料は発火して溶融するのに十分な温度まで加熱されます。 非消耗性の電極を使用しているため、電極自体の消耗がなく継続して使用できます。
合金の準備: 材料を溶解した後、アークの強度、炉内の温度、合金組成を調整することで、必要な合金を準備できます。 このため、NC 法は高精度で精密な組成制御を行って合金を製造するのに非常に適しています。
NC法は一度の製錬であるため、残材回収率の向上やコスト削減の観点から非常に有利です。 通常はNC炉とVAR炉を組み合わせて使用し、それぞれの利点を最大限に発揮します。 NC 法は、高度な材料制御と調製の柔軟性を提供するため、研究室や特殊材料の調製に一般的に使用されています。 ただし、NC法は消耗品の電気炉に比べて設備費や運転費が高価なため、主に航空宇宙、エネルギー、エレクトロニクスなど、高精度で精密な部品制御が要求される用途で使用されています。
3.コールドハース溶解法（略称CHM法）
原材料の汚染や異常な製錬プロセスによって引き起こされるチタンおよびチタン合金インゴットの冶金学的介在物欠陥は、航空宇宙分野でのチタンおよびチタン合金の応用に常に影響を与えてきました。 チタン合金の航空機エンジン回転部品に含まれる冶金的介在物を除去するために、コールドハース製錬技術が誕生しました。
CHM法の最大の特徴は、溶解・精製・凝固の工程が分離されていることです。つまり、溶融した装入物は冷炉床に入り、まず溶解し、次に冷炉床の精錬領域に入り精錬し、最後に凝固します。結晶化領域のインゴット。 CHM 技術の大きな利点は、コールドハースの壁に凝縮シェルを形成できることです。 その「粘性ゾーン」は、WC、Mo、Ta などの高密度介在物 (HDI) を捕捉できます。同時に、精製ゾーンでは、低密度介在物 (LDI) 粒子の滞留時間が延長されます。一定温度の液体は LDI を完全に溶解させ、それによって介在物欠陥を効果的に除去します。 つまり。 コールドハース製錬の精製機構は重力分離と溶融分離の2種類に分けられます。
4. コールドルツボ溶解法（CCM法といいます）
1980 年代に、American Ferrosilicon Company はスラグフリーの高周波溶解プロセスを開発し、CCM 法をチタンインゴットやチタン精密鋳造品の工業生産用途に推進しました。 近年、一部の経済発展途上国では、CCM 工法が工業生産規模に導入され始めています。 インゴットの最大直径は1m、長さは2mです。 その発展の見通しは目を引くものです。 CCM の溶解プロセスは、互いに非導電性の水冷円弧形ブロックまたは銅管で構成される金属るつぼ内で実行されます。 この組み合わせの最大の利点は、2 つのブロック間のギャップが強化された磁場となり、生成された強力な磁場が撹拌によって化学組成と温度を均一にし、それによって製品の品質が向上することです。 CCM 法は、VAR 法の特徴と耐火物のるつぼ誘導溶解法の特徴を組み合わせたものです。 耐火物や電極が不要で、一度の溶解工程で組成が均一でるつぼ汚れのない高品質なインゴットが得られます。 CCM方式はVAR方式に比べて設備コストが低く、操作が容易であるという利点がありますが、現時点ではまだ開発段階にあります。
5.エレクトロスラグ製錬法（略称ESR法）
ESR法は、電流が導電性エレクトロスラグを通過する際の荷電粒子の衝突を利用して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換します。 これは金属製錬および精製プロセスであり、鋼、ニッケル、モリブデン、ニオブなどの高融点金属および合金の高温溶解および精製によく使用されます。耐スラグ性によって発生する熱エネルギーを利用して、チャージを溶かして精製します。 ESR 法では、不活性スラグ (CaF2) でのエレクトロスラグ溶解に消耗電極を使用します。 同形状のインゴットに直接鋳造でき、表面品位も良好なため、次工程の直接加工に適しています。 エレクトロスラグ製錬法の一般的な手順:
装入: 溶解および精製する金属または合金を炉に装入します。 これらの材料は通常、塊または塊で炉に供給されます。
アーク点火: 電気アークは 2 つの電極 (通常はカーボン電極) によって炉の上部で生成されます。 アークによって発生する高温により、金属が溶融温度まで加熱されます。
電鋳スラグ：金属表面に複数の誘電体層を形成する金属スラグ。 このスラグは金属酸化物やその他の金属スラグで構成されており、金属の表面に浮いてさらなる拡散を防ぎます。
電流通過：金属とアークの間の抵抗を介して高強度の電流を通過させます。 これにより金属が加熱され続け、金属が溶解します。
酸化と精製: 金属表面に形成されるエレクトロスラグでは、酸化物やその他の不純物が金属と反応し、除去または所望のレベルまで減少します。 これは金属を望ましいレベルまで精製するのに役立ちます
