Titanyum Döküm Yöntemi; Cold Hearth Melting(CHM)

Hızla gelişen teknolojiye paralel olarak alışılagelmiş metallerin yerini hafif metaller almaktadır. Bu durum göz önüne alınarak düşük yoğunluk, yüksek sıcaklık dayanımı, kompozitler ve galvanizle uyum avantajlarıyla son yıllarda yeni nesil hava araçlarında öne çıkan kritik bir malzeme olan Titanyum alaşımlarını temel almaktadır.Ancak Titanyum alaşımlarının üretim maliyeti çok yüksektir. Hızla gelişen teknolojiden yararlanarak Titanyum alaşımlarının ingot eldesini ticari hale getirilmesinde önemli rol oynayan bir döküm yöntemi Cold Hearth Melting(CHM)’dir.

CHM, rotor tipi malzemeler için VAR prosesine kıyasla birçok avantaja sahip olan daha yeni bir ergitme yöntemidir. Bir cold hearth fırınının gösterimi şekil 1 deki gibidir. Bu yöntemde içi ergiyik titanyum dolu olan suyla soğutulmuş bir bakır kap(hearth) kullanılır. CHM bir plazma arkı veya bir elektron ışını ergitme fırını ile yapılabilir. Her iki durumda da; ısı kaynağından gelen ısı (elektron ışını veya plazma şaloması), suyla soğutulmuş bakır kabın ısı çekimi ile dengededir. Bu, kap ile temas halinde ince bir katı titanyum alaşımı katmanı (“skull(kafa tası)” denir) oluşumunu sağlar, böylece ergiyik titanyum alaşımı sadece katı titanyum alaşımıyla temas eder.Bu kaptan kaynaklanabilecek olan herhangi bir kirlenmeyi önler

Şu anda iki tür CHM fırını kullanılmaktadır. Biri plazma ark ergitme (plasma arc melting – PAM) teknolojisini diğeri ise elektron ışın ergitme (electron beam melting – EBM) teknolojisini kullanır. Bu fırınlar bariz bir şekilde ısı kaynağında farklılık gösterirler (plazma torçları vs. elektron ışın tabancaları). Ayrıca, elektron ışın ergitme fırınları vakum altında çalışırlarken, plazma ark ergitme fırınları argon gazının kısmi bir basıncı altında çalışırlar. Bu farkların haricinde, bu fırınların geri kalan fiziksel ayarlar-lamaları çok benzerleridir. CHM fırınlarının üretimi tipik olarak geniştir. Şekil 2. bir elektron ışın ergitme fırınının hearth’ını içeren vakum odasının üzerinde duran bir adamı göstermektedir. Bu fırın yılda yaklaşık 1 milyon kg titanyum ergitebilmektedir.

Bir CHM fırınındaki hearth genelde birkaç bileşenden oluşmaktadır. Bu bileşenlerin detaylı açıklamak ve CHM yönteminin diğer Titanyum döküm yöntemlerine göre avantajlarını diğer yazımızda.