钛合金的五种熔炼方法

钛合金的五种熔炼方法

钛合金熔炼方法一样平常分为：1.真空自耗电弧炉熔炼法；2.非自耗真空电弧炉熔炼法;3.冷炉床熔炼法;4.冷埚熔炼法;5.电渣熔炼法五种方法。

1.真空自耗电弧炉熔炼法(简称VAR法)

随着真空技能的发展和打算机的运用，VAR法很快成为钛的成熟的工业生产技能，本日的钛及其合金铸锭绝大部分是利用此方法生产的。
VAR法显著特点是功率花费低、熔化速率高和良 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身分。
常日，成品铸锭应由VAR法熔炼制，至少要经由两次重熔。
用VAR法生产钛铸锭，天下各国生产厂家利用的工艺基本相似，差别在于利用不同的电极制备办法和设备；电极制备可分为三大类，一是采取按份加料连续压制的整体电极，打消了电极焊接工序：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。

当代前辈的VAR炉的技能特点和上风：

(1)全同轴功率输入，也便是说全体炉体高度上的完备同轴性，称同轴供电，减少偏析征象的产生；

(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，担保了熔炼质量；

(4)担保每次熔炼的重复性和同等性；

(5)灵巧性，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”办法可以避免因坩埚供给电流不平衡所造成的磁偏漏．减弱或肃清感应磁场对熔炼产品的不利影响．并且提高了电效率，从而得到质量稳定的铸锭。
“恒速熔炼”的目的是为了提高铸锭质量，通过前辈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征象，保障了铸锭的内在质量。

当代钛熔炼用VAR炉除具有以上两大特点外，还实现了VAR炉的大型化，当代VAR炉可熔炼直径为1．5m,重32t的大型铸锭。

VAR法是当代钛及钛合金标准的工业熔炼法。
但还有以下技能须要办理：

第一，电极制备方法;制备电极工艺非常繁琐,须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,单块电极还须要焊接成自耗电极,同时为了保 证自耗电极身分的均匀性，还须要配置布料、称料、混料等相应的举动步伐。

第二，偶尔存在的偏析等冶金毛病．如身分偏析和凝固偏析。

前者是由于杂质元素或合金元素在电极等分布不屈均 ，熔炼时来不及平衡分布就凝固所产生；后者是由于质料或工艺过程偶尔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毛病。

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，办理了工业污染问题，从而使NC法成为熔炼钛及钛台金的主要方法，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 埚内熔炼质料，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质料，熔炼和凝固。

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勾留较永劫光，从而提高铸锭身分均匀化程度；③可以利用不同形状和尺寸的质料，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落成本来看是相称有利的。
常日，NC炉和VAR 炉联台利用，以充分发挥各自的上风。

3.冷炉床熔炼法(简称CHM法

由质料的污染和熔炼工艺过程非常引起的钛及钛舍金铸锭的冶金夹杂毛病，一贯影 响着钛及钛台金在航空航天领域的运用．为了肃清钛合金飞灵活员机旋转部件中的冶金 夹杂，冷炉 床熔炼技能应运而生。

CHM法最大的特点是将熔化，精髓精辟和凝固过程的分离，即熔化的炉料进入玲炉床后前辈行熔化，然后进入冷炉床的精髓精辟区进行精髓精辟，末了在结晶区凝固成锭。
CHM技能显著的上风是在冷炉床床壁能形成凝壳，它的“粘滞区”能够捕捉如WC，Mo，Ta等高密度夹杂物(HDI)，同时，在精髓精辟区，低密度夹杂(LDI)颗粒在高温液体中滞留韶光延长，可以确保LDI的完备溶解，从而有效地打消夹杂毛病。
也便是说．冷炉床熔炼的提纯机理可分为比重分离和溶化分离两种。

3.1电子束冷炉床熔炼法(简称EBCHM法) 电子束熔炼(简称EB)，是利用高速电子的能量，使材料本身产生热量来进行熔炼和精髓精辟的工艺过程。
带有冷炉床的EB炉，就称为EBCHM。
EBCHM法具有传统熔炼法不具备的精良功能：

(1)有效地去除钽,钼,钨,碳化钨等高密度夹杂(HDI)和氮化钛。
氧化钛等低密度夹杂(LDI)；

(2)可以接管多种加料办法，钛残料回收较为随意马虎，即可以利用其它熔炼法无法利用的废物，仍能制得纯净的钛锭，大幅度降落产品的本钱；

(3)可直接由金属液中取样剖析化验；

(4)可生产异型锭坯，减少生产工序，降落质料花费，提高成品率；

EBCHM法还存在以下缺陷：

(1)熔炼须要在高真空条件下进行，因此不能利用含氯化物较高的海绵钛直接熔炼；

(2)合金元素易挥发，难以掌握化学身分。

3.2 等离子冷妒床熔炼法(筒称PCHM法)

PCHM法利用惰性气体电离产生的等离子弧作为热源，可在从低真空到近大气压很宽的压力范围完成熔炼。
该方法显著特点是可担保不同蒸气压的合金组分，在熔炼过程中无明显的该方法具有供应改进传统台金属性的能力，可实现多元化合金的熔炼，是一种较传统熔炼方法经济的熔炼法。
采取该方法熔炼，对付钛及钛合金来说，一次熔炼就可以得到空想的铸锭。
当代PCHM法上风在于：

①设备投资低，易操作，安全可靠；

②可以利用不同种类和形态的质料，残料回收率高；

③担保多元化合金的化学身分；

④ 实现了价格昂贵的惰性气体回收再 利用，降落了生产本钱。

PCHM法缺陷为电效率较低。
EBCHM和PCHM相同之处在于都能够肃清HDI和LDI。
一样平常熔炼纯钛利用前者较为适宜；而对付合金来说，后者更得当。
同VAR法一样，以上两种方法电实现了大范围的工艺自动化掌握，包括工艺参数(熔炼速率、熔炼与凝固过程中温度的分布、熔炼时身分的变革、不溶性夹杂的去除程度等)及质量。

4.冷埚熔炼法(简称CCM法)

80年代美国硅铁公司，发展了无渣感应熔炼工艺，把CCM 法推向工业生产运用，用于生产钛锭和钛的精密铸件．近年来在一些经济发达国家， CCM法已经开始步人工业化生产规模，铸 锭最大直径为l m，长度2m，其发展前景令人瞩目。
CCM 法熔炼过程是在一个彼此不导电的水冷弧形块或铜管组合的金属坩埚里进行，这种组合的最大优点在于，每两个块间的间隙都是一个增强磁场，磁场产生的强烈搅拌使化学身分和 温度同等，从而提高了产品质量。
CCM 法兼有VAR 法和难熔材料坩埚感应熔炼的特点，不需耐火材料，不必制作电极即可 得到一次熔炼身分均匀而无坩埚污染的高质量铸锭。
CCM 法与VAR 法比较具有设备本钱低，操作简便等优点，但从目前来看该技能仍处于发展阶段。

5.电渣熔炼法(简称ESR法）

ESR法是利用电流利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髓精辟。
ESR法利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：

(1)ESR炉完备同轴性担保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；

(3)具有极高精度的电极称重系统和熔炼速率掌握系统；

(4)设备大略，操作方便。
缺陷在于不能排路熔渣对铸锭的污染。

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