يتم الحصول على الإنتاج الصناعي للتيتانيوم وسبائك التيتانيوم، سواء كانت أقطابًا قابلة للاستهلاك أو قضبانًا مزورة أو مصبوبات ذات أشكال خاصة، في الغالب من خلال صهر قوس الأقطاب القابلة للاستهلاك في الفراغ. مع تطور وتقدم التكنولوجيا الحديثة، تطورت عملية صهر التيتانيوم وسبائك التيتانيوم، بما في ذلك صهر قوس الأقطاب القابلة للاستهلاك في الفراغ، بعض التقنيات المتقدمة الجديدة. التقنيات التمثيلية في السنوات الأخيرة هي كما يلي:
1. طريقة تحضير الأقطاب الكهربائية لصهر سبائك التيتانيوم القابلة للاستهلاك تحت الفراغ مع الإضافة المباشرة للمعادن ذات نقطة الانصهار العالية
استناداً إلى التحضير التقليدي للأقطاب الكهربائية لصهر قوس المواد الاستهلاكية في الفراغ لسبائك التيتانيوم، يمكن استخدام طريقة لحام الأقطاب الكهربائية المكونة من كتل أقطاب كهربائية مضغوطة مباشرة مع أخاديد معينة وقضبان معدنية ذات نقطة انصهار عالية مناسبة لشكل أخاديد كتلة الأقطاب الكهربائية، لصهر سبائك عالية الجودة ذات تركيبة موحدة وبدون فصل تلبي متطلبات حساب النسبة عن طريق اختيار عملية صهر قوس المواد الاستهلاكية في الفراغ المناسبة.
2. عملية إعادة تشغيل القوس بعد انقطاع التيار الكهربائي أثناء ذوبان المواد الاستهلاكية في الفراغ من التيتانيوم وسبائك التيتانيوم
تتضمن عملية إعادة تشغيل القوس بعد انقطاع التيار الكهربائي أثناء ذوبان التيتانيوم وسبائك التيتانيوم في الفراغ الخطوات التالية: عندما يتم إعادة تشغيل القوس بعد انقطاع الذوبان، يزداد تيار الذوبان بسرعة إلى 75-80٪ من تيار الذوبان الطبيعي، ويتم الحفاظ على تيار الذوبان في هذا الوقت؛ عندما تصل حافة حوض المنصهر إلى جدار البوتقة، يتم الحفاظ عليها لمدة 2-3 دقيقة، ثم يزداد تيار الذوبان في هذا الوقت بسرعة إلى تيار الذوبان الطبيعي. تتمثل ميزة هذه العملية في تقصير إجمالي وقت بدء القوس بشكل كبير، وتقلص الفجوة بين السبيكة وجدار البوتقة بعد حجم التبريد، وتجنب تجويف الانكماش الداخلي المتشكل عن طريق تبريد وتصلب السبيكة: عندما يصل تيار الانصهار إلى 75 ~ 80٪ من تيار الانصهار الطبيعي، يتم الحفاظ على تيار الانصهار لفترة من الوقت، بحيث يمكن التحكم في سرعة ذوبان القطب والمسبح المنصهر المتصلب بدقة أكبر، وتجنب تدفق كمية كبيرة من السائل المنصهر إلى الفجوة بين السبيكة وجدار البوتقة على الفور، أو التسبب في عيوب الإغلاق البارد.
3. طريقة صهر وإعادة تدوير نفايات كتلة التيتانيوم النقية
تستخدم طريقة صهر وإعادة تدوير نفايات كتلة التيتانيوم النقي فرن الموقد البارد بحزمة الإلكترونات مع 6 مسدسات إلكترونية، وتحمل المواد الخام للمكونات المحددة في وحدة تغذية فرن الموقد البارد بحزمة الإلكترونات، وتذوب، ثم تبرد السبائك الناتجة من الفرن للحصول على المنتج النهائي. تستخدم هذه الطريقة مباشرة مواد TA1 المعاد تدويرها للصهر، وتجنب سحق المواد المهدرة، وضغط كتل الأقطاب الكهربائية، ولحام الأقطاب الكهربائية. يمكن لصهر السبائك الفردية أن يذيب 9 قضبان بوزن إجمالي يبلغ حوالي 6.5 طن في اليوم، ويمكن لصهر السبائك المزدوجة أن يذيب 18 قضيبًا بوزن إجمالي يبلغ حوالي 13 طنًا في اليوم، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة إعادة التدوير وسرعتها.
4. طريقة الصهر وإعادة التدوير باستخدام شعاع الإلكترون للنفايات الشبيهة برقائق التيتانيوم وسبائك التيتانيوم
طريقة صهر وإعادة تدوير رقائق التيتانيوم وسبائك التيتانيوم باستخدام شعاع الإلكترونات على البارد، تتم العملية على النحو التالي: وفقًا لتركيب التيتانيوم وسبائك التيتانيوم المصهورين، يتم وزن رقائق التيتانيوم النقية أو رقائق سبائك التيتانيوم النقية أو رقائق سبائك التيتانيوم النقية وخلطها مع عناصر مضافة من التيتانيوم الإسفنجي وسبائك التيتانيوم النقية و/أو سبائك وسيطة، وتكون كمية رقائق التيتانيوم النقية وسبائك التيتانيوم المضافة إلى الخليط 10%~90% من حيث النسبة المئوية للكتلة؛ ثم يتم الضغط عليها في كتلة قطب كهربائي، واستخدام فرن صهر رقائق التيتانيوم على البارد لإجراء صهر رقائق التيتانيوم على كتلة القطب الكهربائي للحصول على سبائك التيتانيوم أو سبائك التيتانيوم. يمكن لهذه الطريقة إنتاج سبائك التيتانيوم النقية المؤهلة مع نفايات رقائق التيتانيوم النقية بنسبة تصل إلى 100%، أو إنتاج سبائك التيتانيوم المؤهلة مع نفايات رقائق التيتانيوم بنسبة تصل إلى 90%؛ لا يلزم سوى صهر رقائق التيتانيوم على البارد باستخدام شعاع الإلكترونات مرة واحدة، ولا يلزم الصهر الثانوي أو الثالثي.
5. طريقة صهر سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم النظيفة
طريقة صهر سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم النظيفة هي كما يلي: وزن التيتانيوم الإسفنجي أو عناصر مضافة السبائك النقية، والسبائك الوسيطة والتيتانيوم الإسفنجي، والضغط على التيتانيوم الإسفنجي أو عناصر مضافة السبائك النقية المختلطة، والسبائك الوسيطة والتيتانيوم الإسفنجي في كتل الأقطاب الكهربائية، ولحام كتل الأقطاب الكهربائية المضغوطة في الأقطاب الكهربائية، واستخدام فرن السرير البارد بحزمة الإلكترون لإجراء ذوبان السرير البارد بحزمة الإلكترون على الأقطاب الكهربائية للحصول على سبائك التيتانيوم أو سبائك التيتانيوم النظيفة ذات التركيب الكيميائي الموحد؛ درجة فراغ الذوبان لصهر السرير البارد بحزمة الإلكترون أقل من 6×10-2 باسكال، وسرعة الذوبان هي 70~150 كجم/ساعة، وقوة الذوبان هي 100~300 كيلو وات؛ عناصر مضافة السبائك النقية والسبائك الوسيطة هي 0%~20% من الوزن الإجمالي لسبائك سبائك التيتانيوم. تتميز سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم المنتجة بتركيب كيميائي موحد، والبنية العيانية للسبائك أفضل من سبائك الصهر القوسي الاستهلاكية المفرغة، ولا تحتوي على شوائب ذات نقطة انصهار عالية مثل TiN وWC.
6. طريقة صهر سبائك التيتانيوم التي تحتوي على عناصر سبائك ذات نقطة انصهار عالية
طريقة التحضير الصناعي لسبائك التيتانيوم المحتوية على عناصر سبائك عالية نقطة الانصهار. من خلال اختيار المواد الخام للسبائك، واستخدام كتل الأقطاب الكهربائية المجمعة خصيصًا، واستخدام تقنية صهر القوس الاستهلاكي الفراغي التقليدية، وضبط التيار والجهد لثلاث ذوبانات، يتم تحضير سبائك التيتانيوم المحتوية على عناصر سبائك عالية نقطة الانصهار بتركيبة كيميائية موحدة وبدون شوائب. يتم توزيع المعدن عالي نقطة الانصهار بالتساوي في القطب الاستهلاكي، ويكون القطب الاستهلاكي سهل التحضير ومنخفض التكلفة، وتكون معلمات التيار والجهد معقولة أثناء الصهر. على أساس مسار العملية التقليدي، يتم استخدام صفائح معدنية نقية منخفضة التكلفة وفقًا لطريقة تجميع أقطاب استهلاكية محددة، بدلاً من إضافة سبائك وسيطة باهظة الثمن ومعادن نقية أخرى إلى سبائك التيتانيوم، يتم استخدام أفران صهر القوس الاستهلاكي الفراغي المتعددة للصهر للحصول على سبائك التيتانيوم المحتوية على عناصر سبائك عالية نقطة الانصهار بتركيبة موحدة، وهي مناسبة للتطبيقات الصناعية.
7. طريقة تحضير سبائك التيتانيوم TC4 عن طريق صهر فرن الموقد البارد بحزمة الإلكترون
الطريقة المستخدمة في تحضير سبائك التيتانيوم TC4 عن طريق صهر فرن الموقد البارد بحزمة الإلكترون هي كما يلي: يتم خلط إسفنجة التيتانيوم وحبوب الألومنيوم بالتساوي ثم يتم ضغطها في كتل الأقطاب الكهربائية، والتي يتم لحامها في الأقطاب الكهربائية ثم وضعها في فرن قوس كهربائي مستهلك مفرغ من الهواء للذوبان لمرة واحدة للحصول على سبائك رئيسية Ti-AI؛ يتم سحق سبائك Ti-Al الرئيسية إلى جزيئات سبائك رئيسية Ti-Al؛ يتم خلط إسفنجة التيتانيوم وسبائك Al-V الرئيسية وجزيئات سبائك Ti-Al الرئيسية بالتساوي ثم يتم ضغطها في كتل الأقطاب الكهربائية، والتي يتم ربطها في أقطاب كهربائية ثم وضعها في فرن الموقد البارد بحزمة الإلكترون للذوبان لمرة واحدة للحصول على سبائك التيتانيوم TC4. تستبدل هذه الطريقة حبوب الألومنيوم بسبيكة Ti-Al الرئيسية، وتقلل من تطاير عناصر Al، وتحسن معدل استخدام المواد الخام وكفاءة استخدام أفران الموقد البارد ذات الحزمة الإلكترونية، كما أن فرن الموقد البارد ذو الحزمة الإلكترونية المستخدم في الصهر لمرة واحدة له مزايا أقوى في تقليل تكلفة معالجة مواد التيتانيوم وتحسين كفاءة الإنتاج، ويمكنه تحسين نظافة سبائك سبائك التيتانيوم والحصول على سبائك عالية الجودة.
