टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए पाँच सामान्य गलाने की विधियाँ

टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग उनके उत्कृष्ट गुणों, जैसे उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात, संक्षारण प्रतिरोध और जैव-अनुकूलता के कारण विभिन्न उद्योगों में व्यापक रूप से किया जाता है। हालाँकि, टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उच्च गलनांक प्रसंस्करण चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है। टाइटेनियम मिश्र धातु गलाने के तरीकों को आम तौर पर विभाजित किया जाता है: 1. वैक्यूम उपभोज्य इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस गलाने की विधि; 2. गैर-उपभोज्य वैक्यूम इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस गलाने की विधि; 3. शीत चूल्हा गलाने की विधि; 4. ठंडे बर्तन गलाने की विधि; 5. इलेक्ट्रोस्लैग गलाने की विधि। पाँच विधियाँ.

1. वैक्यूम उपभोज्य इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस पिघलने की विधि (वीएआर विधि के रूप में संदर्भित)
यह एक उन्नत धातुकर्म प्रक्रिया है जिसका उपयोग उच्च शुद्धता वाली धातुओं और मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए किया जाता है। इस विधि का उपयोग मुख्य रूप से सामग्रियों की शुद्धता और एकरूपता में सुधार के लिए किया जाता है, और आमतौर पर उच्च गुणवत्ता वाले विशेष मिश्र धातु, एल्यूमीनियम मिश्र धातु और अन्य उच्च मांग वाली धातु सामग्री का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। वैक्यूम प्रौद्योगिकी के विकास और कंप्यूटर के अनुप्रयोग के साथ, VAR विधि तेजी से टाइटेनियम के लिए एक परिपक्व औद्योगिक उत्पादन तकनीक बन गई है। आज के अधिकांश टाइटेनियम और उसके मिश्र धातु सिल्लियां इसी विधि का उपयोग करके उत्पादित की जाती हैं। VAR विधि की मुख्य विशेषताएं कम बिजली की खपत, उच्च पिघलने की गति और अच्छी गुणवत्ता वाली प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता हैं। VAR विधि द्वारा पिघलाए गए पिंड में एक अच्छी क्रिस्टल संरचना और एक समान रासायनिक संरचना होती है। आमतौर पर, तैयार पिंड को VAR विधि द्वारा पिघलाया जाना चाहिए। कम से कम दो रीमेल्ट की आवश्यकता है। VAR विधि का उपयोग टाइटेनियम सिल्लियां बनाने के लिए किया जाता है। दुनिया भर के निर्माताओं द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएँ मूल रूप से समान हैं। अंतर विभिन्न इलेक्ट्रोड तैयारी विधियों और उपकरणों के उपयोग में निहित है। इलेक्ट्रोड तैयारी को तीन प्रमुख श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है। एक अभिन्न इलेक्ट्रोड है जिसे भागों में सामग्री जोड़कर लगातार दबाया जाता है, जिससे इलेक्ट्रोड वेल्डिंग प्रक्रिया समाप्त हो जाती है; दूसरा एकल-टुकड़ा इलेक्ट्रोड है जिसे उपभोज्य इलेक्ट्रोड में दबाया और वेल्ड किया जाता है। और प्लाज्मा आर्गन आर्क वेल्डिंग या वैक्यूम वेल्डिंग के माध्यम से एक साथ वेल्डेड; तीसरा, कास्ट इलेक्ट्रोड तैयार करने के लिए अन्य गलाने के तरीकों का उपयोग करें।
उपरोक्त दो विशेषताओं के अलावा, टाइटेनियम गलाने के लिए आधुनिक VAR भट्टियों ने बड़े पैमाने पर VAR भट्टी का भी एहसास किया है। आधुनिक VAR भट्टियाँ 1.5 मीटर व्यास और 32 टन वजन वाली बड़ी सिल्लियों को गला सकती हैं।
वीएआर विधि आधुनिक टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए मानक औद्योगिक गलाने की विधि है।

2. गैर-उपभोज्य वैक्यूम इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस पिघलने की विधि (जियानी एनसी विधि)
वैक्यूम वातावरण उपभोज्य इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस की तरह, सीएनसी विधि भी वैक्यूम वातावरण में की जाती है। भट्ठी में हवा और गैस को चूसकर, हवा और ऑक्सीजन प्रदूषण को धीरे-धीरे कम करने और उच्च गुणवत्ता वाली मिश्र धातु सामग्री का उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए उच्च वैक्यूम स्थितियां बनाई जाती हैं।
इलेक्ट्रोड सीएनसी मशीनिंग में, उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड आमतौर पर गैर-उपभोज्य होते हैं और आमतौर पर टंगस्टन या अन्य उच्च पिघलने बिंदु सामग्री से बने होते हैं। ये इलेक्ट्रोड स्थिर हैं और बिना उपभोग किए उच्च तापमान और उच्च ऊर्जा आर्क डिस्चार्ज का सामना करने में सक्षम हैं।
आर्किंग एक विद्युत प्रवाह शुरू करने से होती है, आमतौर पर दो इलेक्ट्रोड का उपयोग करके, एक आर्क डिस्चार्ज उत्पन्न होता है। यह चाप बहुत गर्म है और सामग्री को उनके पिघलने बिंदु से ऊपर के तापमान तक गर्म कर सकता है।
सामग्री का पिघलना चाप की क्रिया के तहत, सामग्री को प्रज्वलित और पिघलने के लिए पर्याप्त उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है। चूंकि गैर-उपभोज्य इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है, इलेक्ट्रोड स्वयं उपभोग नहीं होते हैं और इसलिए उन्हें लगातार उपयोग किया जा सकता है।
मिश्र धातु की तैयारी: सामग्री के पिघलने के बाद, चाप की तीव्रता, भट्ठी में तापमान और मिश्र धातु संरचना को समायोजित करके आवश्यक मिश्र धातु तैयार किया जा सकता है। यह उच्च परिशुद्धता और सटीक संरचना नियंत्रण के साथ मिश्र धातु तैयार करने के लिए एनसी विधि को बहुत उपयुक्त बनाता है।
एक बार गलाने के रूप में, एनसी विधि अवशिष्ट सामग्रियों की पुनर्प्राप्ति दर में सुधार और लागत कम करने के दृष्टिकोण से काफी फायदेमंद है। आमतौर पर, एनसी भट्टियों और वीएआर भट्टियों का उपयोग उनके संबंधित लाभों को पूरा करने के लिए संयोजन में किया जाता है। एनसी विधि का उपयोग आमतौर पर अनुसंधान प्रयोगशालाओं में और विशेष सामग्री तैयार करने के लिए किया जाता है क्योंकि यह उच्च स्तर की सामग्री नियंत्रण और तैयारी लचीलापन प्रदान करता है। हालाँकि, उपभोज्य इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों की तुलना में, एनसी विधि के उपकरण और संचालन लागत अधिक हैं, इसलिए इसका उपयोग मुख्य रूप से उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जिनके लिए उच्च सटीकता और सटीक घटक नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जैसे एयरोस्पेस, ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक्स, आदि।

3. शीत चूल्हा पिघलाने की विधि (संक्षेप में सीएचएम विधि)
कच्चे माल के संदूषण और असामान्य गलाने की प्रक्रियाओं के कारण टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु सिल्लियों में धातुकर्म समावेशन दोषों ने हमेशा एयरोस्पेस क्षेत्र में टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातु के अनुप्रयोग को प्रभावित किया है। टाइटेनियम मिश्र धातु विमान इंजन के घूर्णन भागों में धातु संबंधी समावेशन को खत्म करने के लिए, शीत चूल्हा गलाने की तकनीक अस्तित्व में आई।
सीएचएम विधि की सबसे बड़ी विशेषता पिघलने, शोधन और जमने की प्रक्रियाओं को अलग करना है, यानी पिघला हुआ चार्ज ठंडे चूल्हे में प्रवेश करता है और पहले पिघलाया जाता है, फिर शोधन के लिए ठंडे चूल्हे के शोधन क्षेत्र में प्रवेश करता है, और अंत में जम जाता है। क्रिस्टलीकरण क्षेत्र में सिल्लियां। सीएचएम तकनीक का महत्वपूर्ण लाभ यह है कि यह शीतगृह की दीवार पर संघनन आवरण बना सकता है। इसका "चिपचिपा क्षेत्र" उच्च-घनत्व समावेशन (एचडीआई) जैसे डब्ल्यूसी, मो, टा, आदि को पकड़ सकता है। साथ ही, रिफाइनिंग क्षेत्र में, कम-घनत्व समावेशन उच्च में (एलडीआई) कणों का विस्तारित निवास समय- तापमान तरल पदार्थ एलडीआई के पूर्ण विघटन को सुनिश्चित कर सकते हैं, जिससे समावेशन दोषों को प्रभावी ढंग से दूर किया जा सकता है। यानी। शीत चूल्हा गलाने के शुद्धिकरण तंत्र को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: गुरुत्वाकर्षण पृथक्करण और पिघलने पृथक्करण।

4. शीत क्रूसिबल पिघलने की विधि (सीसीएम विधि के रूप में संदर्भित)
1980 के दशक में, अमेरिकन फेरोसिलिकॉन कंपनी ने स्लैग-मुक्त इंडक्शन पिघलने की प्रक्रिया विकसित की और टाइटेनियम सिल्लियों और टाइटेनियम सटीक कास्टिंग के उत्पादन के लिए औद्योगिक उत्पादन अनुप्रयोगों में सीसीएम विधि को बढ़ावा दिया। हाल के वर्षों में, कुछ आर्थिक रूप से विकसित देशों में, सीसीएम पद्धति ने औद्योगिक उत्पादन पैमाने में प्रवेश करना शुरू कर दिया है। पिंड का अधिकतम व्यास 1 मीटर और लंबाई 2 मीटर है। इसकी विकास संभावनाएं आकर्षक हैं। सीसीएम पिघलने की प्रक्रिया एक धातु क्रूसिबल में की जाती है जो पानी से ठंडा किए गए चाप के आकार के ब्लॉक या तांबे की ट्यूबों से बनी होती है जो एक दूसरे के लिए गैर-प्रवाहकीय होते हैं। इस संयोजन का सबसे बड़ा लाभ यह है कि प्रत्येक दो ब्लॉकों के बीच का अंतर एक बढ़ाया चुंबकीय क्षेत्र है, और मजबूत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होने से रासायनिक संरचना और तापमान में स्थिरता आती है, जिससे उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार होता है। सीसीएम विधि वीएआर विधि की विशेषताओं और दुर्दम्य सामग्रियों के क्रूसिबल प्रेरण पिघलने को जोड़ती है। इसमें दुर्दम्य सामग्री और इलेक्ट्रोड की आवश्यकता नहीं होती है, और एक पिघलने की प्रक्रिया में समान संरचना और कोई क्रूसिबल संदूषण के साथ उच्च गुणवत्ता वाली सिल्लियां प्राप्त की जा सकती हैं। VAR विधि की तुलना में, CCM विधि में कम उपकरण लागत और आसान संचालन के फायदे हैं, लेकिन वर्तमान में, यह तकनीक अभी भी विकास चरण में है।
5. इलेक्ट्रोस्लैग गलाने की विधि (संक्षेप में ईएसआर विधि)
ईएसआर विधि आवेशित कणों की टक्कर का उपयोग करती है जब विद्युत धारा प्रवाहकीय इलेक्ट्रोस्लैग से गुजरती है ताकि विद्युत ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सके। यह एक धातु गलाने और शोधन प्रक्रिया है, जिसका उपयोग अक्सर उच्च तापमान पिघलने और उच्च पिघलने बिंदु वाली धातुओं और मिश्र धातुओं, जैसे स्टील, निकल, मोलिब्डेनम, नाइओबियम, आदि के शोधन के लिए किया जाता है। यह स्लैग प्रतिरोध द्वारा उत्पन्न गर्मी ऊर्जा का उपयोग करता है चार्ज को पिघलाएं और परिष्कृत करें। ESR विधि निष्क्रिय स्लैग (CaF2) में इलेक्ट्रोस्लैग को पिघलाने के लिए उपभोज्य इलेक्ट्रोड का उपयोग करती है। इसे सीधे उसी आकार की सिल्लियों में डाला जा सकता है और इसकी सतह की गुणवत्ता अच्छी होती है, जो इसे अगली प्रक्रिया में सीधे प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त बनाती है। इलेक्ट्रोस्लैग गलाने की विधि के सामान्य चरण:
चार्जिंग: धातु या मिश्र धातु को पिघलाने और परिष्कृत करने के लिए भट्टी में लोड करना। इन सामग्रियों को आम तौर पर भट्टी में गांठों या टुकड़ों में डाला जाता है।

आर्क इग्निशन: भट्टी के शीर्ष पर दो इलेक्ट्रोड (आमतौर पर कार्बन इलेक्ट्रोड) द्वारा एक इलेक्ट्रिक आर्क बनाया जाता है। चाप द्वारा उत्पन्न उच्च तापमान धातु को उसके पिघलने के तापमान तक गर्म कर देता है।

इलेक्ट्रोफॉर्मिंग स्लैग: धातु स्लैग जो धातु की सतह पर कई ढांकता हुआ परतें बनाता है। यह स्लैग धातु ऑक्साइड और अन्य धातु स्लैग से बना होता है, जो धातु की सतह पर तैरता है और आगे फैलने से रोकता है।

करंट प्रवाहित करना: धातु और चाप के बीच प्रतिरोध के माध्यम से उच्च तीव्रता का करंट प्रवाहित करना। इससे धातु गर्म होती रहेगी, जिससे वह पिघलेगी।

ऑक्सीकरण और शोधन: धातु की सतह पर बनने वाले इलेक्ट्रोस्लैग में, ऑक्साइड और अन्य अशुद्धियाँ धातु के साथ प्रतिक्रिया करती हैं और वांछित स्तर तक हटा दी जाती हैं या कम हो जाती हैं। यह धातु को वांछित स्तर तक परिष्कृत करने में मदद करता है