電子束冷床熔煉鈦及鈦合金的發展背景

鈦及鈦合金中常見的冶金缺陷有低密度夾雜(LDI)，高密度夾雜(HDI)和Mo、V、Al、Fe等元素的偏析。

低密度夾雜是由N、O、C等間隙元素造成的，LDⅠ硬而脆，因此被稱為硬α缺陷。其中TN夾雜危害*大，這是因為TiN粒子不僅高硬度(2160HV)、高熔點(2950℃)，而且在鈦及鈦合金溶液中的溶解速度非常低(溶液溫度1700℃時，溶解速率為0.cm/s)。經過常規電弧熔煉法(VAR)熔煉不能使該類夾雜徹底從鈦液中消除團。同時，TiN與基體Ti共格，并且其密度與基體Ti也很接近，因此在對鈦材進行檢測時也不易發現，從而使殘存在鈦及鈦合金材料中成為有害夾雜。為了避免鈦及鈦合金中殘存的粗大TN夾雜或其它硬α缺陷，就必須適當延長鈦及鈦合金的熔煉時間以及提高熔煉溫度。高密度夾雜是由于Mo、W、Nb、Ta等高熔點金屬及其化合物的混入引起的。用VAR熔煉鈦及鈦合金，由于熔煉溫度不足而難以使HDI溶解消除，并且因其密度較高而快速下沉，進入熔池的低溫區凝固并保留下來，*終成為鑄錠中較為嚴重的冶金缺陷。

鈦及鈦合金電子束冷床熔煉技術既能較好地去除夾雜獲得細晶均質鑄錠，提高鈦及鈦合金鑄錠質量，又可以大幅度降低鈦及鈦合金板材的生產成本。與傳統的VAR相比，電子束冷床熔煉鈦及鈦合金時，可以靈活控制熔煉速度和熔煉溫度，這樣不僅有利于為去除鈦及鈦合金中的高低密度夾雜提供足夠的溶解條件，還可以有效地控制鑄錠中元素揮發與偏析等問題。另外，在生產優質純凈鈦及鈦合金鑄錠時不需要壓制電極，原料經一次熔煉生產出的鑄錠就可以直接軋制成卷材，為航空發動機材料提供半成品從而減少加工工序。經過20多年的實踐，電子束冷床爐熔煉因其具有獨特的除雜優勢可以生產出優質鈦及鈦合金鑄錠，從而受到了航空發動機制造商以及鈦材生產者的廣泛關注與應用。