简介钛合金熔炼技术

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1、简介钛合金熔炼技术“钛”被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富，在全部元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石，广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎全部生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛，可用于制造白色颜料（钛白粉）。其他化合物还包括四氯化钛(TiCl4)（作催化剂及用于制造烟幕或空中文字）及三氯化钛（TiCl3)（用于催化聚丙烯的生产）。随着科技和人们生活水平的不断提高，“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，

2、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冶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法很快成为钛的成熟的工业生产技术，今日的钛及其合金铸锭绝大部分是使用此方法生产的。VAR法显着特点是功率消耗低、熔化速度高和良8好的质量重现性，VAR法熔炼的铸锭

3、具有良好的结晶组织和匀称的化学成分。通常，成品铸锭应由VAR法熔炼制得．至少要经过两次重熔。用VAR法生产钛铸锭，世界各国生产厂家使用的工艺基本相似，差别在于使用不同的电极制备方式和设备．电极制备可分为三大类，一是采用按份加料连续压制的整体电极，排解了电极焊接工序：二是单块电极压制，拼焊成自耗电极。并通过等离子氩弧焊或真空焊焊接成一体；三是利用其它熔炼法制备铸造电极。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’，削减偏析现象的产生；(2)坩埚内电校可在X轴向/Y轴向上微调；(3)具有精

4、确的电极称重系统，熔炼速率得到自动掌握，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全都性；(5)敏捷性，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)具有良好的经济性。“同轴供电”方式可以避免因坩埚供给电流不平衡所造成的磁偏漏．减弱或消退感应磁场对熔炼产品的不利影响．并且提高了电效率，从而获得质量稳定的铸锭。8“恒速熔炼”的目的是为了提高铸锭质量，通过先进的电控系统和重量传感器来确保熔炼过程中电弧的长度和熔化速率的恒定，从而掌握了凝同过程。可以有效的防止偏析现象，保障了铸锭的内在质量。现代钛熔炼用VAR

5、炉除具有以上两大特点外，还实现了VAR炉的大型化，现代VAR炉可熔炼直径为1．5m,重32t的大型铸锭．vAR法是现代钛及钛合金标准的工业熔炼法．还有以下技术需要解决．第一，电极制备方法．制备电极工艺特别繁琐．需要用昂贵的压力机将海绵钛、中间合金和返回残料压制成整体电极或单块小电扳．单块电极还需要焊接成自耗电极．同时为了保证自耗电极成分的匀称性，还需要配置布料、称料、混料等相应的设施。第二，间或存在的偏析等冶金缺陷．如成分偏析和凝固偏析。前者是由于杂质元素或合金元素在电极中分布不匀称．熔炼时来不及平衡分布就凝固所产生；后者是由于原料或工艺过程间或

6、带入了高密度夹杂物(HDI)和低密度夹杂物(LDI），这些夹杂物质在熔炼过程中无法彻底溶解，从而导致产生危害极大的夹杂等冶金缺陷。1.2非自耗真空电弧炉熔炼法(简祢NC法)目前，水冷铜电极已经取代了钛工业起步阶段的钨一钍台金电投或石墨电扳，解决了工业污染问题，从而使NC法成为熔炼钛及钛台金的重要方法，几吨级的NC炉已在欧美运转。水冷铜电极分为两种类型：一种是自旋转的；另一种是旋转磁场的，其目的在于防止电弧对电极的烧损。NC炉也可分为两种：一种是在水冷铜坩埚内熔炼原料，在水冷铜模中浇铸成铸锭；另一种是在水冷铜坩埚内连续投人原料，熔炼和凝固。8NC法

7、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，从而提高铸锭成分匀称化程度；③可以使用不同外形和尺寸的原料，在熔炼过程中还可以加入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原来看是相当有利的。通常，NC炉和VAR炉联台使用，以充分发挥各自的优势。1.3冷炉床熔炼法(简称CHM法)由原料的污染和熔炼工艺过程异常引起的钛及钛舍金铸锭的冶金夹杂缺陷，一直影响着钛及钛台金在航空航天领域的应用．为了消退钛合金飞机发动机旋转部件中的冶金夹杂，冷炉床熔炼技术应运而生。CHM法最大的特点是将熔

8、化，精炼和凝固过程的分别，即熔化的炉料进入玲炉床后先进行熔化，然后进入冷炉床的精炼区进行精炼，最终在结晶区凝固成锭。CHM技术显着的优势