真空自耗方法冶炼工业尺寸TiAl合金铸锭的冶金质量分析
有色金属真空冶金的技术分析
有色金属真空冶金的技术分析摘要：有色金属真空冶金技术水平的提高，进一步推进了有色金属真空冶金产业发展，作为相关技术人员，应结合具体的技术方法，科学的制定更加完善的有色金属真空冶金流程，从而提高有色金属真空冶金效率，进一步为有色金属真空冶金技术的发展奠定基础，希望通过以上阐述，能全面加强实践研究水平。
关键词：有色金属；真空冶金；技术分析一、有色金属真空冶金技术的基本特征（一）金属在反应阶段受气体影响，按照金属的反应规律，确保特定状态下可以进一步降低气体造成的影响，使金属冶金的效果得到提高；（二）真空体系可以确保内外部形成相应的流动，在特定环境下密度水平较高，因为降低了大气造成的影响，所以在分隔的同时可以形成独特的真空体系，利用相应的管道或泵体抽走其中的气体，形成真空环境，进而利用对应的冶金技术，能够更高效的冶金，使内外部物质流动得以控制；（三）降低生产过程中造成的污染。
金属铝冶金过程会产生一定的废弃物和污染物，此时将金属投入到真空环境中，可以消除或降低污染物的出现，使金属材料在特定空间内通过置换产生有色金属，也降低了燃料燃烧造成的环境污染比例。
二、有色金属真空冶金技术的开发技术（一）真空还原技术按照化学反应的规律，冶金技术实际上是通过氧化还原反应，利用铝或者碳等物质与金属氧化物发生化合反应，最终通过置换的方式得到金属，如果反应过程中能够确保环境处于真空状态，能够有效降低金属本身的温度，从而使冶金过程变得更加容易，比如：利用五氧化二磷碳还原操作，在正常环境下，会因环境温度限制而生成碳化铌，并且在发生反应过程中，温度会上升至两千九百卡。
其他金属物质与五氧化二磷发生反应的特征基本相同。
通过对比发现，在真空状态下同样可以利用碳或者碳化物还原碱金属。
（二）真空脱气技术在真空状态下，可以使金属发生反应，使液态金属中的有害气体脱离。
脱气以后的金属在以后的反应过程中不会产生有害气体，并且对金属本身的结构不会产生影响。
TiAl合金高温流变行为及流动应力模型
TiAl合金高温流变行为及流动应力模型李建伟;刘浏;邹宗树【摘要】为了研究TiAl合金的热变形行为, 掌握其热加工特性, 采用Gleeble-1500试验机对TiAl合金在温度为1 050～1 200℃、应变速率为0. 001～1 s-1条件下的高温变形行为进行了研究, 获得了上述变形条件范围内的流变行为数据, 建立了适于TiAl合金的本构方程.结果表明:TiAl合金的流变行为对变形速率和温度敏感, 在热压缩过程中TiAl合金的流动应力呈现出加工硬化和流变软化的特征.通过电子背散射衍射 (EBSD) 观测发现, 软化机制主要是先在晶界位置发生动态再结晶, 然后再结晶向晶内扩展.通过计算, TiAl合金的变形激活能为360 k J/mol.采用最小二乘法得出了TiAl合金的流动应力模型, 基于此模型绘制的流变曲线与实验值吻合较好, 误差小于±5％, 能够对TiAl合金高温流变行为进行较为准确的预测.%In order to study the hot deformation behavior and characteristics of TiAl alloy, the hot compressive experiments were conducted in the temperature range from 1 050 ℃ to 1 200 ℃ and at strain rate range from 0. 001 s-1 to 1 s-1 on Gleeble-1500 hot simulator. The flow stress data was acquired by experiments, and the constitutive relationship was established for TiAl alloy. The results show that the flow behavior of TiAl alloy is sensitive to deformation temperature and strain rate. TiAl alloy flow stress demonstrates significant work hardening and softening characteristics in hot compression. The main mechanism of softening occured dynamic recrystallization on the grain boundary first and then extended into the grain by the EBSD observation. Deformation activation energy is 360kJ/mol by calculation. The flow stress model is obtained by least squaremethod. The flow stress curve based on this model agrees well with the experimental data, the deviation between them is less than ± 5％, and can predict the flow stress precisely.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】5页(P35-39)【关键词】TiAl合金;热压缩;流动应力;本构方程【作者】李建伟;刘浏;邹宗树【作者单位】东北大学,辽宁沈阳 110819;东北大学,辽宁沈阳 110819;钢铁研究总院,北京 100081;东北大学,辽宁沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】TG146.230 引言TiAl金属间化合物合金(以下简称TiAl合金)具有高比强度、高比模量以及优良的抗蠕变和高温抗氧化性能，是当前极具发展潜力的航空航天用高温结构材料[1]。
真空自耗
真空自耗电弧炉1 VAR的结构组成及其特点VAR 炉由真空系统、电极驱动机械系统、铜坩埚及冷却循环系统、直流电源、自动和手动控制系统、稳弧搅拌系统、检测和自动记录系统等部分组成。
VAR 炉现已处于较为完善的阶段，在结构上具有同轴性、再现性和灵活性特征，正在向更大容量和远距离精确操作发展。
VAR炉采用先进的计算机自动电控和数据收集系统，能够对给定的合金和铸锭规格建立良好的熔炼模式，并分析熔炼过程中出现的问题，获得良好的铸锭表面质量和内在冶金质量，提高金属成品率。
2 真空自耗炉的工作原理真空自耗炉主要用于钛和钛合金的生产。
图1所示为真空自耗炉原理示意图。
该炉有一个结晶器，结晶器装入水冷的外套里，并与熔炼电源的正极相接。
电源的负极与活塞即“拉杆”连接，该拉杆通过滑动的真空密封进入炉内。
待熔炼的钢材(即电极)夹紧在控制活塞的机座上，并且在炉膛抽空以后，下降电极与在结晶器底部的同样材料的金属垫料触发电弧。
当电极由于输人功率而熔化时，就可通过液压控制系统下降活塞，以便保持电极同由此而形成的熔池之间的距离不变。
当熔炼继续进行时，在结晶器里就逐渐地形成了一支新的锭料。
3 VAR基本的工艺流程：工艺流程：混料一压制电极一电极和残料焊接成自耗电极一熔炼一铸锭处理一检验。
3.1 真空自耗原料由纯料、合金元素、返回料等组成。
3.2 电极制备经过混料后，添加或未添加残料的原料通过压制、焊接，制成自耗电极。
焊接方法为自耗电弧焊或等离子焊，焊接应进行充分的保护或在惰性气氛下的容器里进行，以避免污染和难熔氧化物或氮化物的形成。
应严禁使用钨极氩弧焊。
制备的自耗电极必须具备足够的机械稳定性，即使在熔炼过程中加热时也不会开裂．并确保电流畅通无阻地通过。
3.3 熔炼过程炉子采用真空系统，是为了避免空气污染，同时有效去除氢气和氯化物。
水冷铜坩埚给金属的熔炼提供了适宜的容器，只要冷却适当，熔融金属就在其表面形成一层“渣壳”．既保护坩埚，又不被坩埚污染。
真空自耗电弧炉熔炼钛铸锭的质量控制
真空自耗电弧炉熔炼钛铸锭的质量控制安红刘俊玲范丽颖/AnHongLiuJunlingFanLiyingTechnology&Equipment真空白耗电弧炉熔炼钛铸锭的质量控制Qualitycontrolinsmeltingtitaniumingotsinvacuumarc-meltingfurnace 目前,我国生产钛及钛合金铸锭的基本方法仍为真空白耗电弧炉熔炼法,该方法可满足一般工业的要求,是一种成熟的工业熔炼方法(如下图).评价钛及钛合金铸锭冶金质量的好坏,主要有以下几点:①化学成分均匀,各合金元素含量不仅达到标准要求,而且要稳定地控制在一个最佳的含量水平.②主要杂质(Fe,O等)控制适当范围,其它杂质符合标准要求.③铸锭内部无杂质,偏析,气孔,裂纹,缩孔和疏松等冶金缺陷.④铸锭表面光滑,无冷隔,折皱等表面缺陷,头部缩孔切除量小,铸锭成品率高.⑤合理的形状和精确的尺寸,适合压力加工的要求,否则会增加工艺废品,降低成本.图1钛及钛合金铸锭生产工艺流程图影响铸锭质量的主要因素Mainfactorsinfluencing价equalityofingots原料,熔炼工艺参数(熔炼电流,电弧电压,真空度,漏气率,冷却速度,搅拌磁场强度)选择的合理性以及工艺过程控制的严密性决定着钛及钛合金铸锭的冶金质量.下面分别进行论述.(1)海绵钛海绵钛中常含有H,MgC1(NaC1),Fe和H,O等杂质.当H含量高时,它将在熔炼过程大量排出,会使电弧不稳;氯化物含量多时,熔炼过程操作困难,并会影响设备的寿命;铁含量高时,会使材料耐腐蚀性能降低;原料潮湿将使钛锭含氧,氢量增高,从而降低其强度.因此,海绵钛必须满足相关标准的要求,如纯度,均匀性和粒度.最为重要的是不能含有高熔点钛的氧化物,氮化物或者其它高熔点颗粒. 这些高熔点颗粒有可能在最终产品中成为裂纹源.据资料,分析高间隙缺陷发现,这些区域含有较高的O,N,C,认为这些颗粒的来源之一就是海绵钛.海绵钛生产过程中漏气或者污染的反应剂,有可能导致N,O与产品反应.迄今为止没有自动方法检验原料,并剔除这些污染的粒子.一般主要是肉眼评价或者工艺参数评定. 因此,除了与原料供应商协议不允许出现有缺陷的原料外,还应100%肉眼检查海绵钛和残料及中间合金. 真空白耗电弧熔炼是一种区域性熔炼,铸锭杂质含量主要靠合理的原料选择来保证.况且,钛及钛合金的熔炼是在密闭的真空室中进行的,熔炼过程中不可能对熔体进行化学成分调整,因此,在焊接成自耗电极之前的各道工序中必须严把质量关,保证准确无误.通过精选海绵钛,按配料要求将不同成分的海绵钛充分搅拌混合,确保海绵钛的成分均匀.同时,配入中间合金后还必须将中间合金与海绵钛混合均匀.(2)中间合金采用中间合金作添加原料,是改善合金化条件,提高合金成分均匀度,克服偏析和不溶金属夹杂,减少金属烧损率的有效方法.使用中间合金,便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化挥发的合金元素,以便更准确地控制合金成分,其次,使用中间合金作为炉料,可以避免熔体过热,降低烧损.因此,中间合金应尽可能满足下列要求: WORLDNONFERROUSMETALS2007.825技术与装鲁①添加的合金化元素,熔点低于或者接近合金的熔炼温度.无论是纯金属或者中间合金,其熔点一方面不能超过合金的熔点,另一方面,也不能比钛的熔点低450~C～550~C,否则,过早熔化,会造成铸锭成分不均匀.②化学成分均匀一致.③含有尽可能高的合金元素,夹杂物少.④具有足够的脆性,便于破断配料,但在大气下保存时不应碎裂成粉末.⑤比重,比热,熔化潜热与钛相近.⑥生产成本低.(3)电极制备制备单块电极的基本方法有压制和挤压两大类.电极块经过组装和焊接得到一次熔化的电极.焊接方法主要为氩弧焊或等离子焊,焊接应进行充分的保护或者在惰性气氛的焊箱内进行,以避免金属污染或形成难熔氧化物和氮化物.制备的自耗电极必须具备下列特征:①足够的强度,除能承受自重外,应能在运输,吊装及熔炼操作过程中的振动和冲击下不受损坏.②足够的导电性,一般认为,关键在于要求足够的焊接面积.③足够的平直度,保证在整个熔炼过程中的电极与坩埚壁内径之间的最小间隙大于弧长.④合金元素组元成分和杂质含量的分布合理.⑤电极不得污染和受潮.熔炼工艺参数Processpemrne~insmelling(1)电流和电压自耗熔炼中最敏感的工艺参数就是熔炼电流.对于熔炼电流的确定,有不少经验公式,但因为各参数之间相互影响的关系比较复杂而局限性较大.熔炼电流主要取决于电极材料,铸锭规格和坩埚比,此外,电源类型,极性以及炉子结构,熔炼室压力等都影响最佳电流数值.对于钛及钛合金而言,主要是铸锭直径的函数.实际采用的电流可利用经验公式:In=(18～33)Dk(安培)上式中,In一熔炼电流Dk一结晶器内径,毫米由于在整个电弧熔炼过程中,熔区的热平衡条件是变化的,对于直径大的铸锭则更为明显,初期结晶器底座冷却效果特别显着,而电极温度较低,中期逐渐减弱了底座冷却强度的影响,电极温度升至稳定阶段,而在后期,电极温度由于炉内其他部件如夹头,26世界有色金属2OO7年第8期辅助电极温度升高及接受热辐射能量增加而达到最高阶段.为了使熔池深度基本保持恒定,获得化学成分和组织均匀的铸锭,三个阶段中使用的电流应该是递减的.在具体确定熔炼电流值时,还应考虑到原料品位,熔次,合金元素的熔点,比重以及坩埚比的不同而作相应的调整.对于熔炼电压来说,由于钛及钛合金一般采用短弧熔炼,电压一般在28～40伏之间,铸锭规格大,电流大则电压靠上限,铸锭规格小,电流小则电压靠下限. (2)炉内压力炉内压力和原料的气体含量影响电弧行为和产品质量.当电弧区残余压力增大到13Mp～66Mp时就达到辉光放电的临界压力范围,电弧燃烧不稳定,甚至导致电弧熄灭,严重时会产生边弧而击穿设备.虽然真空自耗电弧炉可在常压惰性气体保护下进行,但真空熔炼具有加热温度更均匀,弧柱压降小,热效率高的优点,正常生产中多采用真空熔炼.惰性气体保护下熔炼的El的在于解决一些钛合金严重偏析问题.(3)磁场效应电弧是一种由流动的电子和离子化的粒子组成的电现象,必然受到磁场影响而发生偏转.通常的做法是在水套上缠绕稳弧线圈,以此对电弧和熔池更好地控制.稳弧线圈通常有两种形式,一是永久固定在水套上,基本可以覆盖整个坩埚;另一种则较短并可移动,只用来覆盖弧区及熔池的上部区域,随熔池的升高而不断地升高,对于拉锭系统则保持在某一位置不动.实践证明,流过坩埚的电流不对称,供电线路及附近设备磁场的影响都会引起熔池的瞬时转动,进一步影响铸锭的结晶凝固并降低冶金质量.合理的稳弧线圈布置和参数给定能够使电弧围绕电极平稳缓慢地移动,防止集中在坩埚壁上击穿坩埚.熔池搅拌是获得良好的结晶组织以利于锻造加工的基础.线圈的电流连续不断地沿着一个方向流动,凝固时,晶粒会在某一方向优先长大,对锻造不利.实际生产中,可每隔几秒将直流电极性转换,补偿熔池固有的旋转.(4)热封顶操作热封顶的El的是减少铸锭头部的缩孔和偏析等,减少铸锭的切头量,提高铸锭的成品率.最后一次熔炼,当电极消耗~U9o%以上时,应逐级降低电流,使熔池凝固不形成有害的缺陷.(5)坩埚比也称填充比,是指电极与坩埚直径之比.它是影响铸锭质量和安全生产的重要参数之一.对于钛及其合金,坩埚比一般在0.625～0.88之间.坩埚比大,铸锭表面质量好,致密度高,但易产生边弧.(6)铸锭冷却铸锭一般在真空或者惰性气体保护下冷却后出炉.惰性气体保护会加速冷却.如果还需要进一步的熔炼,应避免铸锭氧化.(7)铸锭规格和铸锭熔化次数铸锭尺寸不仅影响铸锭的质量,而且对生产率也有影响.一般,铸锭尺寸依据半成品尺寸来确定.大规格铸锭具有实用经济性的优点,但是,增大铸锭的尺寸,偏析倾向就增高.铸锭长度的确定必须考虑炉子的生产率.一定电流下,随着铸锭长度的增加,生产率增加较小.应该指出,长度的增加应合理,否则,会给生产带来困难, 实际上起不到提高生产率的作用.为了保证最终产品的均匀性,两次熔炼是必要的.一次熔炼是为了使铸锭初步合金化,均匀化及去除挥发性物质和气体,二次熔炼是为了获得成分分布均匀,表面质量良好的铸锭.铸锭质量控制Qualitycon~oloningots(1)合金化学成分均匀性控制合金化学成分均匀性,是指铸锭各个区域具有均匀的化学成分;同一牌号的铸锭的化学成分波动范围是严格控制的.在钛合金真空自耗电弧熔炼过程中,当合金元素及中间合金的熔点高于被熔炼合金的熔点时,可能出现因合金元素及中间合金熔化不完全而造成的化学成分不均匀.钛合金的结晶遵循树枝状结晶机制,由此也会产生树枝状结晶偏析形式的化学成分不均匀.通常采用以下措施控制合金化学成分均匀性:①海绵钛质量对钛合金铸锭质量有遗传性影响.要控制钛合金铸锭质量,首先应该控制海绵钛的质量.需要制订先进的海绵钛质量标准,采用先进的海绵钛生产,破碎,分选及混合工艺,在海绵钛生产的各个环节提高不同批次的海绵钛化学成分和硬度的一致性,防止海绵钛中混入其它外来杂质.②在真空自耗电弧炉熔炼之前严格检查并挑选炉料,防止炉料中混入气体含量,主要是氮氧含量超标的海绵钛块.③在合金铸锭生产中采用小颗粒海绵钛(通常为0.83～1.72毫米).Technology&Equipment④使用多元中间合金.⑤确保电极焊接质量,防止一次电极在熔化过程中出现掉块.⑥严格控制熔化工艺过程,尽量保持恒速熔炼.(2)防止出现夹杂在熔炼过程中密度和熔点大于基体金属的炉料颗粒,以不熔块的形式存在于铸锭中,叫高密度夹杂.在钛合金零件中出现高密度夹杂的部位,容易产生集中应力,形成裂纹,引发灾难性事故.为了防止高密度夹杂,通常采用以下措施:①100%地仔细地检查所有的炉料,防止夹杂有硬质合金碎粒的颗粒进入炉料.②以连续挤压法生产长电极,少用焊接制造自耗电极.③采用一根电极熔炼一次铸锭,然后,一次铸锭化一支二次铸锭的工艺路线.④采取工艺措施防止难熔金属块掉人液态熔池,并要避免把电极与辅助电极的焊缝区化入铸锭.⑤对于特别重要用途的铸锭,采取二次,甚至三次重熔工艺,提高偶然进入炉料的高熔点料块的熔化概率.(3)偏析缺陷的改进真空自耗电弧炉熔炼和凝固结晶的基本特征是电极不断地熔化,同时,铸锭自下而上地在结晶器中连续凝固增高.在熔化过程中,冷却条件,熔池形状和深度等均不是一成不变的,且合金元素在凝固结晶时的分配系数各异,这样,不可避免地使合金元素或化合物在树枝状晶间富集而形成偏析.偏析程度与合金分配系数,凝固速率,液相的自然和受迫运动,扩散,晶粒尺寸及晶体形成的方式有关,其它因素则与具体操作工艺有关,可通过以下措施进行改进.①对铸锭的前道工序进行严格的质量控制,尤其是电极焊接工序.②可采用反复熔炼.反复熔炼可以减少硬0【缺陷.③提高海绵钛质量.海绵钛生产大多采用镁还原法,对于用镁作为还原剂的海绵钛全部制造工序的质量管理特别重要.近年来,宝鸡有色金属加工厂采用布料一混料生产线计算机控制配置中间合金,单块电极混料,真空等离子焊箱内焊接等先进工艺生产钛合金铸锭,钛锭的冶金质量明显提高. WORLDNONFERROUSMETALS2007.827。
冶金质量分析第三章 铸锭及质量控制
第一节钢锭的凝固与结晶组织
一、钢液凝固的一般规律 (一)晶核的形成 钢液凝固的第一步是固体铁从钢液中结晶形核， 它对凝固组织的形成和偏析现象影响很大。从液态 金属中结晶出固体，必须有某种推动力，普通的热 推动力是过冷，机械推动力是振动和搅拌等机械能， 又分别称它们为静态形核或动态形核。静态形核又 可分为:由同质熔体内不借助于任何介质而生成同质 晶核称之为均质形核，而借助于不同介质结晶形核 的称为非均质形核。无论是哪种情况，当钢液温度 降低到某临界过冷度时，将引起爆炸性的晶核生成。 均质形核要求过冷度大，甚至要达到300℃左右， 而非均质形核过冷度极小。
通常用偏析度（k）和偏析系数（1-k）来表示元 素的偏析倾向。其k为固体中的元素含量与原始液体 中元素含量的比值，当k>1时为正偏析；k<1时为负 偏析。若k愈小，即1-k愈大，则元素的偏析程度愈 大。在钢中溶解度小的元素或使钢液点降低的元素 如S、P、B、C等偏析程度较大。不同钢种偏析也 不同，如图6-10～12所示，镇静钢的特点是有两个 正偏析层和沉积锥区域呈现的负偏析。沸腾钢锭边 部呈负偏析，在内部呈正偏析。而半镇静钢锭兼有 上两者偏析的特点.对于一定成分的钢种，成分控制 对偏析程度有影响。如GH37镍基合金的点状偏析是 Ti的C、N化合物的偏聚，则Ti、C的质量分数控制 在中下限有利于减少偏析。
Байду номын сангаас
钢锭中为什么会出现成分偏析呢?其主要原因是 钢液凝固时具有选分结晶、溶解度的变化和密度的 差异等特性而产生的。从图6-5可以看出，钢液随温 度下降到t1开始结晶时，先凝固的固体钢成分不是 原来成分，而是固相线上B点对应的成分。随着温 度下降到t2，固体钢的成分由B变到D，而未凝固的 钢液成分由A变到C。这是因为钢中的溶解度不同， 由此造成先后凝固的钢成分不同，从而出现成分偏 析现象。
真空自耗熔炼TC11钛合金成分均匀性影响因素
真空自耗熔炼TC11钛合金成分均匀性影响因素作者：王颖慧等来源：《山东工业技术》2015年第09期摘要：本文采用真空自耗电极熔炼TC11合金铸锭。
分析讨论了铸锭成分均匀性的影响因素。
结果表明：原材料合金添加剂的选择、铸锭的冷却过程控制和熔炼关键电参数控制是影响合金成分均匀的重要因素。
关键词：TC11钛合金；真空自耗；化学成分；影响因素1 引言钛及钛合金因比强度高，热稳定性好，耐腐蚀及无磁性等优异的性能而被赋予“太空金属”，广泛应用于航空航天、化工和民用等领域[1]。
TC11合金是一种综合性能良好的α+β型钛合金，在500℃以下有优异的热强性能，并且具有较高的室温强度。
该合金是一种热强型钛合金，在航空发动机上用作压气机等重要部件[2]，TC11钛合金材料成分是否均匀，关系到材料应用的安全性。
试验采用真空熔炼的方法熔炼TC11合金，对影响合金成分均匀分布的因素进行分析，探究关键工艺参数，确保合金成分均匀。
2 实验2.1 实验方法国产TC11合金的名义化学成分为：Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，根据化学成分，杂质元素O、N、H的含量与基体海绵钛化学成分有关外，Fe和C的含量以及TC11合金中的铝、钼、锆、硅的含量均能进行人为控制。
实验材料为优质0A级小粒度海绵钛，铝-硅合金、铝-钼合金和海绵锆。
工艺流程为：海绵钛→压制电极（加入合金添加剂）→电极组焊→一、二次熔炼→成分分析→合格铸锭2.2 测试用碳硫分析仪分析铸锭中的碳、硅含量；用氮氢氧联合测定仪分析铸锭中氮、氢、氧的含量；等离子体发射光谱仪分析铸锭中铁、铝、钼、锆元素的含量。
3 结果与讨论3.1 原料成分选择TC11合金中各组分的物理性质：铝的密度2.7g/cm3，熔点为660℃，硅的密度为2.33g/cm3，熔点为1410℃，钼的密度为10.2 g/cm3，熔点为2610℃。
若以纯金属形式加入铝、钼、硅，则TC11合金容易产生高熔点、高密度夹杂和偏析。
真空自耗电弧炉冶炼高端金属材料工艺基础研究
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真空电弧熔炼钛铝合金金相分析
真空电弧熔炼钛铝合金金相分析
优点：①防止大气中氧、氮、氢等有害气体对钛及其合金材料的污染；②为金属材料的提纯提供了有利的热力学和动力学条件；③顺序凝固的熔铸方式有利于不挥发的不熔杂质上浮，并能改善铸锭组织；
④可以采用热封顶的方式补缩，提高成材率。
基于以上优点，真空自耗电弧熔炼是提供钛及钛合金的经济而有效的手段。
钛及钛合金铸锭熔炼的质量直接影响后续的加工过程。
真空自耗熔炼炉炉内真空度及漏气率、熔炼电压、熔炼电流、坩埚出水口温度及流速等是保障熔炼过程平稳进行和提升铸锭质量的关键参数。
科研人员依据多年从事钛及钛合金熔炼的经验分析了熔炼工艺对熔炼电
压和熔炼电流的控制要求，并在此基础上阐述以实现“平静熔炼”为目标的熔炼控制技术，供从事钛及钛合金熔炼的工程技术人员参考。
研究认为：
（1）对于真空除气系统的设计和选择，应以由海绵钛压制成形
的自耗电极普适的载气量、海绵钛的制取方法所残留的杂质元素及熔炼过程中主要挥发除气的成分为首要条件，同时也应结合生产效率与制造成本。
采用VAR熔炼钛及钛合金时应更关注炉室的漏气率(或压
升率)而不是抽气速率。
（2）坩埚冷却系统是构成铸锭结晶与生长环境的主要因素，同
时对铸锭表面质量和熔炼安全也是非常重要和关键的因素。
（3）电极杆传动机构是维持熔炼电压恒定的执行机构，从其控
制的快速性上讲，必须保证其灵活性。
（4）合理布置熔炼电源与炉体在空间的相对位置，缩短炉子的短网阻抗，减少电流传输回路的压降。
（5）合理的接地方式和良好的接地系统是保证VAR炉电气系统可靠运行的基本条件。
铸造用TiAl_母合金制备技术研究进展
精 密 成 形 工 程第15卷 第8期72 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年8月收稿日期：2022-09-02 Received ：2022-09-02作者简介：朱春雷（1984—），男，博士，高级工程师，主要研究方向为TiAl 合金材料及部件工程化应用。
Biography ：ZHU Chun-lei(1984-), Male, Doctor, Senior engineer, Research focus: engineering application research on TiAl materials and component manufacture.引文格式：朱春雷, 朱小平, 白晓青, 等. 铸造用TiAl 母合金制备技术研究进展[J]. 精密成形工程, 2023, 15(8): 72-80. ZHU Chun-lei, ZHU Xiao-ping, BAI Xiao-qing, et al. Research Progress of Manufacture Technology for Cast TiAl Master Al-铸造用TiAl 母合金制备技术研究进展朱春雷1,2，朱小平1,3，白晓青1，王红卫2，张熹雯2，张继2（1.河北钢研德凯科技有限公司，河北 保定 072750；2.北京钢研高纳科技股份有限公司，北京 100081；3.北京科技大学，北京 100083） 摘要：目前，新型轻质高温结构材料TiAl 合金铸造部件已经进入工业化生产阶段，急需工业级铸造用TiAl 母合金的制造技术和评估体系作为支撑。
结合了钢铁研究总院铸造TiAl 合金工程化研究和应用成果，概述了国内外铸造TiAl 合金材料和部件的工程化应用现状，在此基础上，提出了铸造TiAl 母合金的化学成分、规格等技术要求，并进一步对比分析了2次自耗熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼+自耗熔炼等母合金制备工艺的优缺点，最后提出了工业级铸造TiAl 母合金的技术发展方向。
真空自耗电弧熔炼制备大尺寸TiAl基合金铸锭
真空自耗电弧熔炼制备大尺寸TiAl基合金铸锭贺卫卫;汤慧萍;刘海彦;贾文鹏;杨鑫;刘咏【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2010(027)005【摘要】通过选择合适中间合金,并控制最佳熔炼工艺,以真空自耗电弧两次熔炼制备了名义成分为Ti-32.3 Al-4.7Nb-2.6Cr-0.9(W,Mo)(质量分数)的TiAl合金铸锭.该TiAl合金铸锭尺寸为φ160 mm ×380 mm,其组分中高熔点元素Nb,W,Mo等在铸锭横截面的径向上分布均匀,O,N,H等气体间隙元素含量较低,Al元素在铸锭纵截面中心轴线上的质量分数与目标成分偏差为±0.8%,显示出优良的冶金质量.金相分析结果显示,该TiAl合金铸锭的组织为近片层组织,铸锭边缘晶粒尺寸要显著小于其中间及心部的晶粒尺寸.【总页数】4页(P36-39)【作者】贺卫卫;汤慧萍;刘海彦;贾文鹏;杨鑫;刘咏【作者单位】西北有色金属研究院,金属多孔材料国家重点实验室,陕西,西安,710016;西北有色金属研究院,金属多孔材料国家重点实验室,陕西,西安,710016;西北有色金属研究院,金属多孔材料国家重点实验室,陕西,西安,710016;西北有色金属研究院,金属多孔材料国家重点实验室,陕西,西安,710016;西北有色金属研究院,金属多孔材料国家重点实验室,陕西,西安,710016;中南大学,粉末冶金国家重点实验室,湖南,长沙,410083;中南大学,粉末冶金国家重点实验室,湖南,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TF8【相关文献】1.电解镍真空自耗电弧熔炼N6铸锭熔炼工艺研究 [J], 丁长勤;陈峰;陈战乾;刘艳荣;马荣宝;2.电解镍真空自耗电弧熔炼N6铸锭熔炼工艺研究 [J], 丁长勤;陈峰;陈战乾;刘艳荣;马荣宝3.真空自耗电弧炉熔炼钛合金铸锭钨夹杂来源分析及对策 [J], 王宏权;贠鹏飞;刘华;母果路4.真空自耗电弧熔炼电流对Ti-10V-2Fe-3Al铸锭凝固组织的影响 [J], 薛祥义;孟祥炜;付宝全;杨治军;胡锐;李金山;周廉5.真空自耗熔炼TC2铸锭中Mn元素的挥发与控制 [J], 文娜;谢强;张娜;刘华;邓超因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
真空处理在ZL101精铸件生产中的应用
真空处理在ZL101精铸件生产中的应用聂小武（湖南铁路科技职业技术学院机械工程系，湖南株洲市 412000）【摘要】摘要：阐述了利用真空感应熔炼炉对ZL101合金液进行真空处理的工艺过程，结果说明真空处理是消除铝合金铸件针（气）孔的有效措施。
【期刊名称】中国铸造装备与技术【年(卷),期】2011(000)003【总页数】3【关键词】铝合金；精铸件；针孔；真空处理针孔是铝合金铸件的常见缺陷，它对铸件质量危害很大。
铝液与空气中的水汽极易发生如下反应：2Al+3H2O→Al2O3+6[H]在熔炼时氢溶入铝液，当铝液凝固时氢在铝中的溶解度将发生剧烈下降而析出，就会在铸件中形成针孔。
采用六氯乙烷精炼来去除铝合金液中的气体和夹杂物，是目前普遍采用的方法。
但由于熔炼、浇注过程中影响针孔产生的因素很多，比如：炉料、坩埚及熔化浇注工具的准备和处理，精炼剂、变质剂的烘干，搅拌、扒渣和浇注操作，甚至熔炼设备的性能等，所以尽管六氯乙烷除气效果好但也难以保证长期稳定、彻底地清除针孔和氧化夹渣，铝合金精铸件生产中针孔超标的问题时有发生。
铸件内部和表面的气孔也是铸件报废的主要原因之一。
常规的大气下浇注的方法不可避免会卷入空气，一些由于其它原因产生的气体也会留在合金中，最终在铸件上形成气孔。
ZL101、ZL104等铝合金精铸件铸造，通常采用常规工艺熔化浇注，即使用电阻坩埚炉熔化，六氯乙烷精炼，双色变质剂变质，大气下浇注。
近年来，用户对铸件质量要求越来越高，提出了一些非常严格的要求，按照常规工艺生产已难以满足。
例如，大型精铸件万向支架的材质为ZL101，铸件按HB963-90-Ⅱ类验收；此外，在二处指定X射线检查区，机加工后表面不允许针孔存在，生产的铸件大多不能消除指定部位的针孔，还常有较大的气孔和氧化夹渣存在，废品率很高，甚至整炉报废。
某壳体是一种基本壁厚为1mm的薄壁精铸件，材料为ZL101，用户表面质量要求很高，该铸件因相对厚大部位的表面气孔造成的报废常常达到50%以上,采取了多种工艺措施,也无法解决。