優(yōu)質(zhì)鈦合金鑄錠熔煉技術(shù)發(fā)展
發(fā)布時(shí)間：2020-11-02
20世紀(jì)40年代末，真空自耗電極電弧熔煉（VAR）技術(shù)已基本成熟，在熔煉工藝方面，復(fù)雜組元的航空級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)鈦合金，一般采用三次VAR工藝，以提高鑄錠的成分均勻性，減少夾雜和偏析等缺陷，并提高批次質(zhì)量一致性。
對(duì)于含較多β穩(wěn)定元素 (Mo、Cr、Fe等) 的 Ti-6246，Ti-17、Ti-1023 鈦合金，在最后一次 VAR 熔煉時(shí)需降低電流密度，通過(guò)控制熔煉和凝固速度，抑制產(chǎn)生嚴(yán)重的β穩(wěn)定元素枝晶偏析。
目前，發(fā)展了一些適用于VAR熔煉的、新的監(jiān)控手段，如美國(guó)某公司采用預(yù)防側(cè)弧和電弧位置傳感技術(shù)，操作者可以觀察電弧運(yùn)動(dòng)和熔化物輪廓的三維影像。另外，新開(kāi)發(fā)的一些熔煉模擬軟件，能夠?qū)?shí)際熔煉過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。
除VAR熔煉方法外，發(fā)展了適用于鈦合金鑄錠制備的冷爐床熔煉技術(shù) (CHM)，根據(jù)熱源的不同分為兩種，即電子束冷爐床熔煉 (EBCHM) 和等離子體冷爐床熔煉 (PACHM)。實(shí)踐表明，冷爐床熔煉在消除高密度夾雜物、低密度夾雜物及提高成分均勻性方面顯著優(yōu)于VAR熔煉，從而實(shí)現(xiàn)鈦合金材料“零缺陷” 的純凈化制造，成為高性能、多組元、高純鈦合金生 產(chǎn)必不可少的熔煉技術(shù)。
目前，美國(guó)已實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)鈦合金鑄錠冷爐床熔煉的工業(yè)化生產(chǎn)，而且將冷爐床熔煉方法納入材料標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)某公司標(biāo)準(zhǔn)“優(yōu)質(zhì) β 鍛 的 Ti-17 鈦合金零件”規(guī)定：轉(zhuǎn)動(dòng)部件用鈦合金優(yōu)先采用C級(jí)材料，即冷爐床+真空自耗熔煉(HM+VAR)；C級(jí)可以代替B級(jí)(三次真空自耗熔煉)；其他標(biāo)準(zhǔn)“優(yōu)質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的 α+β 鍛 Ti-6Al-4V 鈦合金零件”、“優(yōu)質(zhì) Ti-6Al-4V 鈦合金葉片”、“優(yōu)質(zhì) α+β 鍛 Ti-6242 鈦合金零件”等，也納入了最高級(jí)別的“HM+VAR”材料。
電子束冷爐床熔煉技術(shù)是在密閉的真空爐室內(nèi)部熔煉鈦合金，近年來(lái)取得的技術(shù)進(jìn)步有：改進(jìn)爐床布局，獲得不同形狀的錠坯（方形扁錠、厚壁空心錠）， 提高了生產(chǎn)效率；采用熔煉數(shù)字化模擬技術(shù)，可以準(zhǔn)確模擬熔池的三維形態(tài)、液固界面條件、側(cè)壁界面條件、鑄錠瞬態(tài)凝固階段的溫度預(yù)測(cè)。美國(guó)宇航材料標(biāo)準(zhǔn)組織制定了單次冷爐床生產(chǎn)鈦合金的材料標(biāo)準(zhǔn)，即AMS6945（考慮到 EBCHM 熔煉時(shí)高真空度條件下高蒸氣壓Al元素的揮發(fā)，需適當(dāng)增加Al含量），使一次EBCHM熔煉的Ti-6Al-4V板材代替VAR熔煉或 “HM+VAR”的板材產(chǎn)品。
電子束冷爐床熔煉的另一重要用途是鈦殘料的回收利用。某公司推出了一項(xiàng)回收業(yè)務(wù)，可以為客戶提供的鈦屑?xì)埩线M(jìn)行閉環(huán)回收，采用EBCHM熔煉轉(zhuǎn)化成鑄錠或中間坯料，確保客戶的原材料重新回到自己的產(chǎn)品供應(yīng)鏈中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，進(jìn)一步降低成本。2015年，安裝了一臺(tái)凝殼弧熔煉爐 (SAR：skull arc melting)，實(shí)現(xiàn)了高附加值鈦殘料（鈦屑、塊料）的回收利用，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
等離子體冷爐床熔煉需要惰性氣體Ar或He作為熱源介質(zhì)，He是最佳的等離子體介質(zhì)，使用He氣獲得的熱效率高，但因我國(guó)缺乏He氣資源，He氣高昂的價(jià)格導(dǎo)致熔煉成本過(guò)高，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)受到限制。而采用Ar氣獲得的熱效率低，熔體過(guò)熱度小，影響熔煉速率，導(dǎo)致等離子體冷爐床熔煉技術(shù)在我國(guó)發(fā)展遲緩。目前，國(guó)內(nèi)航空級(jí)和轉(zhuǎn)子級(jí)用鈦合金棒材和鍛件標(biāo)準(zhǔn)（包括國(guó)軍標(biāo)、航標(biāo)）尚未納入冷爐床熔煉方法， 應(yīng)充分利用國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)所、工程化應(yīng)用研究院所、鈦材生產(chǎn)商、鍛件生產(chǎn)商、主機(jī)廠等單位的綜合優(yōu)勢(shì)資源，組成聯(lián)合工作組，推動(dòng)冷爐床熔煉技術(shù)在航空級(jí)優(yōu)質(zhì)鈦合金材料制造中的應(yīng)用。
來(lái)源：搜鈦網(wǎng)
“寶雞盛輝鈦業(yè)有限公司，主營(yíng)各種規(guī)格鈦棒、鈦加工件、鈦異形件；我們鈦棒的材料選用優(yōu)良材質(zhì)，符合標(biāo)準(zhǔn)，不偷工減料；我們鈦棒的規(guī)格多樣滿足您的需求；我們鈦棒的表面光滑、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無(wú)凹凸、耐酸、耐堿、耐腐蝕、無(wú)裂紋。我們的目標(biāo)是以優(yōu)異的產(chǎn)品、可靠的質(zhì)量、優(yōu)越的終身效能費(fèi)用比和有效的服務(wù)，滿足顧客日益增長(zhǎng)的需要，質(zhì)量是我們的自尊心。我們的生產(chǎn)理念：質(zhì)量至上、用戶滿意、精益求精、務(wù)實(shí)創(chuàng)新。”
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