优质钛合金铸锭熔炼技术发展
发布时间：2020-11-02
20世纪40年代末，真空自耗电极电弧熔炼（VAR）技术已基本成熟，在熔炼工艺方面，复杂组元的航空级和转子级钛合金，一般采用三次VAR工艺，以提高铸锭的成分均匀性，减少夹杂和偏析等缺陷，并提高批次质量一致性。
对于含较多β稳定元素 (Mo、Cr、Fe等) 的 Ti-6246，Ti-17、Ti-1023 钛合金，在最后一次 VAR 熔炼时需降低电流密度，通过控制熔炼和凝固速度，抑制产生严重的β稳定元素枝晶偏析。
目前，发展了一些适用于VAR熔炼的、新的监控手段，如美国某公司采用预防侧弧和电弧位置传感技术，操作者可以观察电弧运动和熔化物轮廓的三维影像。另外，新开发的一些熔炼模拟软件，能够对实际熔炼过程进行数值模拟。
除VAR熔炼方法外，发展了适用于钛合金铸锭制备的冷炉床熔炼技术 (CHM)，根据热源的不同分为两种，即电子束冷炉床熔炼 (EBCHM) 和等离子体冷炉床熔炼 (PACHM)。实践表明，冷炉床熔炼在消除高密度夹杂物、低密度夹杂物及提高成分均匀性方面显著优于VAR熔炼，从而实现钛合金材料“零缺陷” 的纯净化制造，成为高性能、多组元、高纯钛合金生 产必不可少的熔炼技术。
目前，美国已实现了优质钛合金铸锭冷炉床熔炼的工业化生产，而且将冷炉床熔炼方法纳入材料标准，如美国某公司标准“优质 β 锻 的 Ti-17 钛合金零件”规定：转动部件用钛合金优先采用C级材料，即冷炉床+真空自耗熔炼(HM+VAR)；C级可以代替B级(三次真空自耗熔炼)；其他标准“优质和标准质量的 α+β 锻 Ti-6Al-4V 钛合金零件”、“优质 Ti-6Al-4V 钛合金叶片”、“优质 α+β 锻 Ti-6242 钛合金零件”等，也纳入了最高级别的“HM+VAR”材料。
电子束冷炉床熔炼技术是在密闭的真空炉室内部熔炼钛合金，近年来取得的技术进步有：改进炉床布局，获得不同形状的锭坯（方形扁锭、厚壁空心锭）， 提高了生产效率；采用熔炼数字化模拟技术，可以准确模拟熔池的三维形态、液固界面条件、侧壁界面条件、铸锭瞬态凝固阶段的温度预测。美国宇航材料标准组织制定了单次冷炉床生产钛合金的材料标准，即AMS6945（考虑到 EBCHM 熔炼时高真空度条件下高蒸气压Al元素的挥发，需适当增加Al含量），使一次EBCHM熔炼的Ti-6Al-4V板材代替VAR熔炼或 “HM+VAR”的板材产品。
电子束冷炉床熔炼的另一重要用途是钛残料的回收利用。某公司推出了一项回收业务，可以为客户提供的钛屑残料进行闭环回收，采用EBCHM熔炼转化成铸锭或中间坯料，确保客户的原材料重新回到自己的产品供应链中，实现闭环管理，进一步降低成本。2015年，安装了一台凝壳弧熔炼炉 (SAR：skull arc melting)，实现了高附加值钛残料（钛屑、块料）的回收利用，获得巨大的经济效益。
等离子体冷炉床熔炼需要惰性气体Ar或He作为热源介质，He是最佳的等离子体介质，使用He气获得的热效率高，但因我国缺乏He气资源，He气高昂的价格导致熔炼成本过高，工业生产时受到限制。而采用Ar气获得的热效率低，熔体过热度小，影响熔炼速率，导致等离子体冷炉床熔炼技术在我国发展迟缓。目前，国内航空级和转子级用钛合金棒材和锻件标准（包括国军标、航标）尚未纳入冷炉床熔炼方法， 应充分利用国内航空发动机设计所、工程化应用研究院所、钛材生产商、锻件生产商、主机厂等单位的综合优势资源，组成联合工作组，推动冷炉床熔炼技术在航空级优质钛合金材料制造中的应用。
来源：搜钛网
“宝鸡盛辉钛业有限公司，主营各种规格钛棒、钛加工件、钛异形件；我们钛棒的材料选用优良材质，符合标准，不偷工减料；我们钛棒的规格多样满足您的需求；我们钛棒的表面光滑、结构稳定、无凹凸、耐酸、耐碱、耐腐蚀、无裂纹。我们的目标是以优异的产品、可靠的质量、优越的终身效能费用比和有效的服务，满足顾客日益增长的需要，质量是我们的自尊心。我们的生产理念：质量至上、用户满意、精益求精、务实创新。”
来源：搜钛网
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