浅谈钛合金的熔炼技术

    随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高,钛在工业生产、航空航天、国防军工以及日常生活中

的应用越来越多,从而对钛及钛合金材质和性能的要求越来越高,而钛合金原料的熔炼无疑是最重要最关键

的一环,其熔炼的优劣直接影响到后续加工的成品的性能指标是否达到产品要求,从而推动了钛合金现代熔

炼技术的发展,其中包括电子束、等离子冷床炉等新技术的发展,为提高钛合金铸锭的治金质量和力学性能

创造了良好的条件和基础。

1、钛合金熔炼方法

1.1真空自耗电弧炉熔炼法(简称VAR法

  随着真空技术的发展和计算机的应用,VAR法著特点是功率消耗低、熔化速度高和良好的质量重现

性,VAR法熔炼的铸锭具有良好的结晶组织和均匀的化学成分

  现代先进的VAR炉的技术特点和优势

  (1)全同轴功率输入,也就是说整个炉体高度上的完全同轴性,称同轴供电',减少偏析现象的产生:

  (2)坩埚内电校可在X轴轴向Y轴向上微调

  (3)具有精确的电极称重系统,熔炼速率得到自动控制,实现了恒速熔炼',保证了熔炼质量:

  (4)保证每次熔炼的重复性和一致性

  (5)灵活活性,即一台炉子能够生产多种锭型以及铸锭的大型化,可大幅度提高生产率:;

  (6)具有良好的经性。

  1.2非自耗真空电弧炉熔炼法(简祢NC法)

  NC法熔炼的优点是:①可以省去压制电极和焊接电极工序;②可以使电弧在物料上停留较长时间,从

而提高铸锭成分均匀化程度:③可以使用不同形状和尺寸的原料,在熔炼过程中可以加入100%残料,实现

钛的再循环利用。NC法作为一次熔炼,从提高残料回收率和降低成本来看是相当有利的。通常,NC炉和

VAR炉联台使用,以充分发挥各自的优势。

  1.3电渣熔炼法(简称ESR法)

ESR法是利用电流通过导电电渣时带电粒子的相互碰撞,而将电能转化为热能的。即以熔渣电阻产生的

热能将炉料熔化和精炼。ESR法使用自耗电极在非活性渣CaF2)中进行电渣熔炼,它可直接熔铸成同形状

的锭坯,并且具有良好的表面质量,适宜于下道工序直接加工。该法的优点在于:()ESR炉完全同轴性保

证了最佳质量铸锭的可重复性:(2)铸锭轴向结晶,组织致密、均匀;()具有极高精度的电极称重系统和

熔炼速率控制系统;(4)设备简单,操作方便。缺点在于不能排路熔渣对铸锭的污染

 2 不同熔炼方法的分析

 熔铸钛锭质量对其后续的冷,热加工材的组织和性能起着决定性的影响。钛及钛合金铸锭质量优劣主要

从以下几个方面衡量

 ①铸锭的不同部位化学成分是否均匀一致

 ②主要杂质(Fe、O等)是否控制在适当的范围

 ③铸锭内部有无夹杂、偏析、气孔、裂纹,缩孔和疏橙等缺陷

 ①铸锭表面是否光滑,无玲隔,头部缩孔切除量大小

 当今的航空航天技术对钛及钛合金铸锭提出了更为严格的质量要求。除严格控制生产工艺过程质量外,

还应采用多次熔炼,其中至少有一次熔炼过程是在真空中进行的,以获得优质铸锭。这就要求必须综合利用

每一种熔炼方法的特性,实现钛及钛合金的物理治金过程,从而获得性能优异的,连续重现的高质量钛及钛

合金铸锭

 3 展望

  从经济的观点出发,VAR法作为主要的生产方法将继续为航空领域和非航空领域提供高质量钛材,仍

将是及钛合金熔炼的理想方法。但还需解决电极制备和铸锭清洁问题,NC法主要适用于返回炉料的回收

熔炼, EBCHM和PCHM法以其特有的优势可为航空航天等领域提供质量要求更高的钛及钛合金锭。在

不久的将来必将会成为钛标准熔炼工艺的一个重要组成部分,CCM法和ESR法仍需进一步改进和完善也有

可能进入工业化规模生产。