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钛合金的五种熔炼方法

钛合金熔炼方法一般分为：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.冷坩埚熔炼法；5.电渣熔炼法。

1.真空自耗电弧炉熔炼法(简称真空自耗电弧炉熔炼法)VAR法)

随着真空技术的发展和计算机的应用，VAR该方法很快成为钛成熟的工业生产技术，今天的钛及其合金铸锭大多是用这种方法生产的。VAR法的显著特点是功耗低，熔化速度高，性能好 质量再现性好，VAR熔化铸锭结晶组织良好，化学成分均匀。通常，成品铸锭应由VAR熔炼法至少需要两次重熔。用VAR钛锭的生产，世界各地制造商使用的工艺基本相似，区别在于使用不同的电极制备方法和设备；电极制备可分为三类，一种是连续压制整体电极，排除电极焊接工艺：二是单电极压制，焊接成自耗电极。并通过等离子氩弧焊或真空焊接成一体；三是采用其它熔炼方法制备铸造电极。

现代先进的VAR炉的技术特点和优点：

(1)全同轴功率输入，即整个炉体高度完全同轴，称为同轴供电，减少偏析；

(2)坩埚内电校可在坩埚内进行X 轴向/Y轴向上微调；

(3)具有精确的电极称重系统，率自动控制，实现恒速熔化，保证熔化质量；

(4)保证每次熔炼的重复性和一致性；

(5)灵活性，即一个炉子可以生产各种锭型和锭型，可以大大提高生产率；

(6)经济性好。同轴供电可以避免坩埚供电电流不平衡造成的磁泄漏。减弱或消除感应磁场对熔炼产品的不利影响，提高电效，获得稳定的铸锭。恒速熔化的目的是通过先进的电气控制系统和重量传感器，提高铸锭的质量，确保熔化过程中电弧长度和熔化率的恒定，从而控制凝结过程。能有效防止偏析，保证铸锭的内在质量。

现代钛熔炼VAR炉除上述两个特点外，还实现了VAR炉的大型化，现代VAR熔炼直径为1.5m,重32t大型铸锭。

VAR该方法是现代钛及钛合金标准的工业熔炼方法。但有以下技术需要解决：

首先，电极制备方法；制备电极的过程非常繁琐。海绵钛、中间合金和返回残留物需要用昂贵的压力机压制成整个电极或单个小电扳手。单个电极还需要焊接成自耗电极，以确保 还需要配置布料、称料、混料等相应设施来证明自耗电极成分的均匀性。

第二，偶尔存在的偏析等冶金缺陷．如成分偏析和凝固偏析。

前者是由于电极中杂质元素或合金元素分布不均匀 ，熔化时，由于原材料或工艺过程中偶尔带入高密度夹杂物而产生凝固；(HDI) 低密度夹杂物(LDI），这些夹杂物在熔炼过程中不能完全溶解，导致冶金缺陷，如夹杂物。

2.非自耗真空电弧炉熔炼法(简单NC法)

目前，水冷铜电极已取代钛工业起步阶段的钨、一、金电投或石墨电扳，解决了工业污染问题NC该方法已成为熔炼钛和钛台金的重要方法，几吨级NC炉灶已在欧美运行。

水冷铜电极分为两种类型：一种是自旋转；另一种是旋转磁场，其目的是防止电弧燃烧电极。

NC炉子也可分为两种：一种是水冷铜坩埚 在水冷铜模炼原料，在水冷铜模中浇铸成铸锭；另一种是将原料连续投入水冷铜坩埚中，熔化凝固。

NC法熔炼的优点是：①可节省压制电极和焊接电极工艺；②能使电弧长时间停留在材料上，从而提高铸锭成分的均匀性；③熔炼过程中可使用不同形状和尺寸的原料 中 还可添加100%残留物，实现钛的回收利用。

NC从提高残留物回收率和降低成本的角度来看，该方法是一种熔炼方法。NC炉和VAR 使用炉联台，充分发挥各自的优势。

3.冷炉床熔炼法(简称冷炉床熔炼法)CHM法

钛及钛舍金铸锭冶金夹杂缺陷是由原料污染和熔炼工艺异常引起的，一直受到影响 钛和钛台金在航空航天领域的应用。为了消除钛合金飞机发动机旋转部件中的冶金 夹杂，冷炉 床熔技术应运而生。

CHM该方法最大的特点是熔化、精炼和凝固过程的分离，即熔化炉材料进入玲炉床，然后进入冷炉床的精炼区，最后在结晶区凝固成锭。CHM技术的显著优点是可以在冷炉床的床壁上形成冷凝壳，其粘滞区可以捕捉到，如WC，Mo，Ta等高密度夹杂物(HDI)，同时，在精炼区，低密度混合(LDI)延长颗粒在高温液体中的停留时间可以保证LDI完全溶解，有效去除夹杂缺陷。也就是说，冷炉床熔炼的净化机理可分为比重分离和熔解分离。

3.1电子束冷炉床熔炼法(以下简称电子束冷炉床熔炼法(以下简称电子束冷炉床熔炼法(以下简称电子束冷炉床熔炼法)EBCHM法) 电子束熔炼(简称EB)，是利用高速电子能量使材料本身产生热量进行熔炼和精炼的过程。EB炉，就称为EBCHM。EBCHM法具有传统熔炼法所不具备的优良功能：

(1)有效去除钽、钼、钨、碳化钨等高密度夹杂物(HDI)氮化钛。氧化钛等低密度混合物(LDI)；

（2）可接受多种进料方法，钛残留回收相对容易，即可使用其他熔化方法不能使用的废料，仍可制作纯钛锭，大大降低产品成本；

(3)金属液可直接取样分析；

(4)可生产异型锭坯，减少生产工艺，减少原料消耗，提高成品率；

EBCHM法律还存在以下缺点：

(1)熔化需要在高真空条件下进行，因此含氯化物较高的海绵钛不能直接熔化；

(2)合金元素易挥发，化学成分难以控制。

3.2 等离子冷嫉床熔炼法(筒称)PCHM法)

PCHM该方法采用惰性气体电离产生的等离子弧作为热源，可熔化从低真空到近大气压的宽压范围。该方法具有保证不同蒸汽压力的合金成分的显著特点。该方法在熔炼过程中没有明显的能力，可以提供改善传统台湾金属性的能力，可以实现多元化合金的熔它是一种比传统熔炼方法更经济的熔炼方法。采用这种熔炼方法，对于钛和钛合金，一次熔炼就能得到理想的铸锭。现代PCHM法律优势在于：

①设备投资低，操作方便，安全可靠；

②可使用不同类型和形式的原料，残留回收率高；

③保证多元化合金的化学成分；

④ 回收昂贵的惰性气体 利用，降低了生产成本。

PCHM缺点是电效率低。EBCHM和PCHM同样之处在于，它可以被消除HDI和LDI。前者更适合熔炼纯钛；后者更适合合合金。同VAR同样，上述两种方法实现了工艺参数艺自动化控制，包括工艺参数（熔化速度、熔化凝固过程中的温度分布、熔化过程中成分的变化、不溶性混合的去除程度等）和质量。

4.冷锅熔炼法(以下简称冷锅熔炼法(以下简称)CCM法)

20世纪80年代，美国硅铁公司发展了无渣感应熔炼工艺CCM 近年来，在一些经济发达国家， CCM人工生产规模已经开始步骤化，铸造 锭的最大直径是l m，长度2m，其发展前景显著。CCM 该组合的最大优点是，每两块之间的间隙是一个增强磁场，磁场产生的强烈搅拌使化学成分和 温度一致，提高了产品质量。CCM 法兼有VAR 感应熔炼法和难熔材料坩埚的特点，无耐火材料，无电极 获得熔化成分均匀、无坩埚污染的优质铸锭。CCM 法与VAR 法相比具有设备成本低，操作简便等优点，但从目前来看该技术仍处于发展阶段。

5.电渣熔炼法(简称电渣熔炼法)ESR法）

ESR该方法是利用电流通过导电电渣时带电粒子的碰撞，将电能转化为热能。即炉料通过熔渣电阻产生的热能熔化精炼。ESR非活性渣非法使用自耗电极(CaF2)电渣熔化，可直接熔铸成同形状的锭坯，表面质量好，适合下道工序直接加工。该方法的优点是:

(1)ESR炉完全同轴，保证了铸锭最佳质量的可重复性；

(2)铸锭轴向结晶，组织 密、均匀；

(3)高精度电极称重系统和熔炼速率控制系统；

(4)设备简单，操作方便。缺点是不能排出熔渣污染铸锭。

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