KG钛及钛合金真空自耗熔炼工艺规程
海绵钛真空自耗电弧熔炼钛(合金)锭工艺与设备---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都
海绵钛真空自耗电弧熔炼钛（合金）锭工艺与设备---乘钒钛文化之风创钒钛产业之都原创邹建新孙青竹教授等钛和钛合金铸锭生产工艺流程如图4.9.5所示。
下面分别按步骤进行介绍。
1. 炉料准备熔炼钛及钛合金铸锭的炉料包括海绵钛、钛残料、纯金属及中间合金添加剂。
（1）海绵钛生产不同牌号的钛及钛合金锭应选用不同级别的海绵钛。
在选用海绵钛级别时，主要是依据铸锭级别和牌号。
碘化钛专供生产TA0之用，TAl级基本上使用一级品海绵钛，TA2和TA3则可根据力学性能要求搭配使用。
海绵钛+残钛料+合金元素→→→→→→→→钛锭→图4.9.5 真空自耗电弧炉熔炼铸锭工艺流程（2）残钛料为了综合利用和降低成本，就要尽量将未被混料的残钛返回入炉，加以利用。
作为钛及钛合金炉料的钛残料，是预先经过净化处理、碎化、严格检验而不带氧化层、低密度及高密度夹杂物的干净残料。
其形式有屑状、条状、块状等。
块状残料的净化，需根据残钛表面氧化皮的厚度分别处理。
对于氧化不严重的残钛，用HF和HN03混合酸液酸洗，然后再水洗；对于氧化严重的残钛，必须先用喷砂等机械加工方法去除氧化皮，接着用HF和HNO，混合酸液酸洗，然后再水洗。
（3）合金添加剂各种合金元素和钛之间的物理性质(主要是熔点和密度)相差甚大，合金元素的加入可用纯金属和中间合金两种形式。
其中锰、铁、铜、铬和锆等可以以纯金属形式加入，钼、锡、硅和铝、钒、硼等常以中间合金形式加入。
具体的加入形式需根据不同牌号的合金灵活应用。
2. 原料处理（1）含钛物料商品海绵钛尽可能选用粒级合格的。
当海绵钛粒度不合格时，应进一步在颚式破碎机上破碎到粒度符合工艺要求为止。
随后，在真空烘干箱中干燥，干燥的目的是除去表面吸附的水分。
真空烘干条件：温度约120～180℃；真空度约5Pa；保温时间4～6h，然后可直接出炉。
返回料，包括残钛边角料和钛屑，一定要牌号相同，加工成的粒度和海绵钛大致相同，经除油、除氧化皮及干燥等处理后方可使用。
钛合金的熔炼技术
1、直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法在钛合金真空自耗电弧熔炼用电极常规制备的基础上，由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极的方法，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
2、钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺，包括如下步骤:当熔炼中断后重新起弧时，将熔炼电流快速提升至正常熔炼电流的75-80%,保持此时的熔炼电流;当熔池的边缘到达坦塌壁后，保持2-3min,再将此时的熔炼电流快速提升至正常熔炼电流。
该工艺优势在于，使总的起弧时间大幅缩短，减小铸锭的冷却体积收缩后与用提壁间产生的间隙及避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔:当熔炼电流达到正常熔炼电流的75~80%时，保持该熔炼电流一段时间，这样可以较为准确地控制电极及已凝固熔池的熔化速度，避免瞬时产生大量的熔液流入铸锭与用塌壁的间隙，或造成冷隔缺陷。
3、纯钛块状废料的熔炼回收方法纯钛块状废料的熔炼回收方法，使用6个电子枪的电子束冷床炉，将选定成分的原料装入电子束冷床炉的进料器，进行熔炼，然后将得到的铸锭冷却出炉，即可得到成品。
该法直接使用TAl回收料进行熔炼，避免了废料破碎电极块压制，电极的焊制。
单锭熔炼每天单台设备可熔炼9个棒料总重约6.5吨，双锭熔炼每天单台设备可熔炼18个棒料总重约13吨，极大的提高了回收效率和速度。
4、钛及钛合金屑状废料的电子束冷床熔炼回收方法钛及钛合金屑状废料的电子束冷床熔炼回收方法过程为:根据所熔炼钛及钛合金成分，称取纯钛屑状废料，或称取纯钛屑状废料和钛合金屑状废料中的一种或两种与海绵钛以及纯合金添加元素和/或中间合金混合的混合料，混合料中的纯钛及钛合金屑状废料添加量按质量百分比计为10%~90%;然后将其压制成电极块，用电子束冷床熔炼炉将所述电极块进行一次电子束冷床熔炼，得到钛或钛合金铸锭。
钛合金的熔炼工艺-电子束冷床熔炼法(EBCHR)
钛合金的熔炼工艺-电子束冷床熔炼法（EBCHR）真空自耗电弧熔炼一直是钛合金的主要熔炼方法。
为了提高航空发动机用钛合金铸锭成分的均匀性和尽可能消除偏析等缺陷，一般采用三次真空电弧熔炼。
但研究证明，真空电弧熔炼消除钛合金中的高密度夹杂（HDI）和低密度夹杂（LDI）的能力有限。
而这两种缺陷是钛合金零部件的疲劳裂纹源，降低了零部件的使用寿命。
若用于航空发动机，可能引起重大事故。
因此美国在20世纪80年代开始研究开发一种熔炼钛合金的新工艺———冷床熔炼（Cold Hearth Melting，简称CHM）技术。
根据热源的不同，冷床熔炼可以分为电子束冷床熔炼（Electron Beam Hearth Melting，简称EBCM 或Electron Beam Cold-Hearth Remelting，简称EBCHR）和等离子束冷床熔炼（Plasma Arc Cold Hearth Melting，简称PACHM）两种熔炼方式。
冷床炉熔炼技术独特的熔炼方式，可以有效消除钛合金中的各种夹杂物，解决了长期困扰钛工业界的一大难题，因此，冷床熔炼技术可以认为是钛合金熔炼技术发展史上的一次飞跃。
冷床熔炼就是在冷坩埚（水冷坩埚）熔炼技术的基础上，再加上电子束或等离子束的高温外加热源作用的结合。
所谓冷床实际就是凝壳熔炼的坩埚，冷床熔炼就是凝壳熔炼的新发展。
1905年，德国的西门子（Siemens）公司和Haisko用电子束熔炼钽首次获得成功，但由于当时世界的真空技术发展水平还很有限，从而阻碍了电子束熔炼技术的发展。
真正将电子束熔炼技术推向商业化是在1957年，Temescal冶金公司利用电子束熔炼钛锭。
之后Temescal冶金公司大力发展电子束熔炼技术，在20世纪60年代初期，该公司利用横向电子枪熔炼炉制备了直径80mm的钽锭和钨锭以及直径127mm、重数百公斤的钛锭。
20世纪80年代，现代轴向电子枪取代了早期的横向电子枪，使得电子束熔炼炉的产能得到真正意义上的大幅提高。
钛合金铸造设备与工艺
3) 离心铸造装置
生产用凝壳炉的离心铸造装置都采用立式离心铸造机 （见图4）。离心机的转速范围为0～600转／分。离 心盘直径的大小取决于炉膛的尺寸和炉子的容量，一 般为600～1600mm。
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清铸华造大培学训 4)电极传动机构和控制系统
在熔炼和装炉过程中用以调节及传动电极杆升降的机构，电 极传动有双电动机单式差动和多电动机复式差动齿轮传动两 种方式（见图14a）（见图14b）。
1 自耗炉
图2为真空自耗炉的结构示意图。 图3为自耗炉的外观。
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清铸华造大培学训
图2 真空自耗炉的结构示意图 1-电极传动机构 2-熔炼炉室 3-熔炼电源 4-母排
/电缆 5-电极导杆 6-铜坩埚/冷却水套 7-真空系统 8-X-Y.调节 9-负载传感系统
图3 自耗炉的外观
2 凝壳炉
图4为真空自耗电极电弧凝壳炉及其主要构成组件的结构示 意图，由图4可见，它的基本结构和组成构件与真空自耗电 极电弧熔炼炉大致相似，但在某些重要构件和构成组件的 配置上有很大不同的。两者的区别在于，凝壳炉：
型（750kg）立式凝壳炉
图6 德国LEYBOLD.AG公司设计制造的L300SM立式凝壳炉的外观［11］
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清铸华造大培学训
图7 L300SM立式凝壳 炉的内部详细结构示意图
1-电极快速提升机构 2-电源电缆 3-电源 4-电极导杆 5-自耗电极 6-坩埚 7-炉门与坩埚滑车 8-离心铸造装置 9-真空系统 10-型模 11-抽气口
图29 不够长的电极与端头残极的螺纹连接示意图 1.电极安装头 2-自耗电极 3-中间连接螺杆 4-自耗残极 5-阴螺纹
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b
图30 回炉料制成的重杯 2-液态钛 3,6-石墨锭模
真空自耗电弧炉熔炼钛合金铸锭工艺流程
真空自耗电弧炉熔炼钛合金铸锭工艺流程1.首先，将钛合金块放入真空自耗电弧炉中。
First, the titanium alloy ingot is placed into the vacuum consumable arc furnace.2.接着，关闭炉门并开始抽真空。
Then, the furnace door is closed and the vacuum is started to be pulled.3.随后，加热炉膛，使钛合金块开始熔化。
Subsequently, the furnace is heated, causing the titanium alloy ingot to begin melting.4.在熔化状态下，将适量的合金元素加入炉内。
While in a molten state, the appropriate amount of alloying elements is added to the furnace.5.继续加热并搅拌炉内的合金熔液，以确保均匀混合。
The furnace is continued to be heated and the alloy meltis stirred to ensure uniform mixing.6.当合金熔液达到特定温度和成分要求时，停止加热并准备浇铸。
When the alloy melt reaches the specific temperature and composition requirements, the heating is stopped and the casting is prepared.7.将浇注模具放置在浇注机上，准备开始浇铸。
The casting mold is placed on the casting machine, preparing to start the casting process.8.慢慢倒入合金熔液，开始铸造钛合金铸锭。
1KG钛及钛合金真空自耗熔炼工艺规程
本规程适用于技术（研发）中心钛及钛合金电极的熔炼。
编制依据：《钛镍加工材项目初步设计》GB/T2524-2010《海绵钛》设备合同1. 主要设备性能1.1真空自耗电弧炉技术性能。
设备主要技术参数2. 原料原料来自315T制样用自耗电极成形液压机压制的（Z 30X390的电极3. 钛及钛合金熔炼3.1钛及其合金的熔炼工艺流程水、电、气输送正常一开机一装炉一抽真空一熔炼一坩埚冷却一破真空一取出铜坩锅倒出钛锭一停止工作一关水、关电、关气。
3.2熔炼工艺参数3.2.1熔炼工艺参数。
3.2.2 熔铸前检查系统并进行预抽空，炉内预真空度不得低于0.133Pa,泄漏率不得大于0.667Pa/min。
3.2.3 在熔炼过程中，熔炼电流需逐渐增加。
3.2.4 在结晶器周围设有稳弧线圈，以保证熔炼电弧的稳定。
通过“稳弧调节”电位器调节其电流，最大电流为5A。
3.2.5 电弧电压的大小代表电弧的长短，熔炼过程中保证弧压的稳定非常重要。
熔炼过程中弧压的大小为0-40V 。
3.2.6补缩工艺参数实际生产中生产。
3.3 引弧料同批号的钛料、铺满坩埚底为益。
3.4 注意事项3.4.1 压制完的电极在熔炼前必须放入干燥箱内干燥20~40min，干燥温度在90〜105 C之间。
3.4.2 在熔炼开炉前，必须对真空自耗电弧炉的传动系统、冷却系统、电控系统、真空系统及炉体进行检查，检查无误，方可开炉熔炼。
3.4.3 抽空真空泵使用必须遵照使用说明书的要求，进行启动、停泵、维护。
3.4.4 每炉熔炼工作完成后，必须清洗结晶器。
防止熔炼时电极与结晶器侧壁放电。
3.4.5 熔炼期间冷却水不能间断。
3.4.6 熔炼进行时，现场要有操作控制人员，观察炉内熔炼情况和监视冷却水水温水压等。
3.4.7 在熔炼完的铸锭或扒完皮的铸锭上，必须有明显的标记。
3.4.8 试锭和试样的制备严格按GB/T2524-2010 进行。
4．主要工模具4.1 熔炼坩埚坩埚的主要结构材质为铜。
真空自耗电弧熔炼钛(合金)锭原理---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都
真空自耗电弧熔炼钛（合金）锭原理---乘钒钛文化之风创钒钛产业之都原创邹建新孙青竹教授等真空自耗电弧熔炼（VAR）是在真空高温下进行的，每次熔炼都相当于进行一次真空蒸馏和一次区域熔炼，对钛起到一定的精制提纯作用。
自耗炉结构如图4.9.3所示。
图4.9.3 真空自耗电弧炉结构示意图1-坩埚；2-熔池；3-铸锭；4-稳弧线圈；5-水套；6-阳极电缆；7-法兰；8-入空；9-炉体；10-观测装置；11-阴极电缆；12-复式差动齿轮；13-电极升降机构；14-动密封盒；15-电极杆；16-电极夹头；17-自耗电极；18-排气口；19-电弧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。
真空自耗电弧熔炼是在低压或惰性气氛中，钛电极棒在直流电弧的高温作用下迅速熔化，并在水冷铜柑用内再凝固的过程。
当液态金属钛以熔滴的形式通过高温的电弧区向铜柑涡中过渡，以及在铜坩埚中保持液态和随后的凝固过程中，不仅实现了致密化，而且还起到提纯金属的作用，使金属具有更好的性能。
因此，过程的实质是借助于直流电弧的热能把已知化学成分的钛自耗电极在低压或惰性气氛中进行重新熔炼。
熔炼本身是一个定向连续过程。
在高温加热形成的熔池区内，液态钛合金成分和杂质不断地扩散，随后凝固成钛锭。
熔炼过程如图4.9.4所示。
1．打弧真空自耗电弧熔炼的热能来自电弧。
熔炼过程的电弧行为直接影响到熔炼产品的质量。
电弧的产生是一个弧光放电过程。
辉光放电和弧光放电都是气体自激导电的形式。
辉光放电特点是电压高、电流小，仅有少量电子和正离子参与导电过程，发出较弱的光。
钛及钛合金真空自耗电弧熔炼自耗电极“破断”原因分析
钛及钛合金真空自耗电弧熔炼自耗电极“破断”原因分析本文分析了钛及钛合金真空自耗电弧熔炼中自耗电极“破断”的各种原因：电极块疏松、自耗电极组焊不牢靠、熔炼前炉内焊接不牢靠、熔炼参数及应急操作，提出了解决方案。
通过实践总结，对原料混合均匀，采取合适的压力及保压时间，电极块致密性好，且组焊的电极间接触紧密，焊点熔池深度达3mm以上，用加强筋加固电极焊缝处，以及保证焊接时的导电面积及焊接面积达到70%以上、选取合适的熔炼参数，短弧操作，不仅可以避免发生破断事故，而且提高了规模化生产中钛及钛合金大规格铸锭的质量及生产效率。
标签：钛及钛合金真空自耗电弧熔炼破断1 概述目前，生产钛及钛合金铸锭的基本方法仍为真空自耗电弧(Vacuum Arc Remehing，V AR) 熔炼，此方法不仅能提供致密的铸锭，而且在不同程度上可以将金属材料提纯。
由于当前工业对大型锻件的需求，大规格铸锭也应运而生，国外工业发达国家熔炼钛铸锭吨位多为8～15t[1]，国内最高达12吨。
用V AR法熔炼大规格钛合金过程中，由于自耗电极强度不能承受自重及熔炼升降震动的影响[2]，从未熔化部分的某处或从辅助电极与自耗电极的焊接面断裂掉入熔池，导致电弧熄灭，自耗熔炼过程被迫中断的一种熔炼现象称之为“破断”。
首先，自耗电极破断会导致铸锭内部冶金缺陷——夹杂。
其次，可能引起边弧，导致坩埚被击穿进水，达到一定条件后发生氢气爆炸，破坏炉体，甚至摧毁厂房，发生严重的安全事故。
最后，若在生产中发生破断，一般的处理办法是将自耗电极重熔，且重熔前需经过车床扒皮，除掉自耗电极表层氧化物，再进行炉内焊接、熔炼等工序，这样势必会延误生产，降低生产效率。
本文主要对钛及钛合金真空自耗电弧熔炼中自耗电极破断的原因进行了分析，并提出了相应的解决办法，提高了规模化生产中钛及钛合金大规格铸锭的质量及生产效率。
2 V AR法熔炼自耗电极“破断”原因分析及解决办法2.1 电极块疏松熔炼钛及钛合金的原材料——海绵钛粒度一般为0.83～12.7mm及0.83～25.4mm，用油压机压制的电极块密度一般大于3.3g/cm3。
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。
真空自耗电弧熔炼制备钛合金技术的研究进展
2019年第48卷第3期Vol.48No .32019INDUSTRIAL HEATINGDOI:10.3969/j.issn.1002-1639.2019.03.018真空自耗电弧熔炼制备钛合金技术的研究进展刘欣欣（商洛学院城乡规划与建筑工程学院，陕西商洛726000）摘要：钛合金作为一种性能优良的合金被广泛应该用于航空航天领域，经过半个世纪的发展，钛合金的制备工艺有了明显提升，其中真空自耗熔炼技术是目前制备钛合金的主要熔炼技术。
论述了真空自耗技术的主要研究现状，较为系统地介绍了改善真空自耗电弧熔炼技术的研究方法及手段，提出了未来真空自耗电弧熔炼控制技术的发展方向。
关键词：真空自耗电弧熔炼；钛合金；研究进展中图分类号：TQ163文献标志码：A文章编号：1002⁃1639（2019）03⁃0067⁃03Research Progress in Preparation of Vacuum Consumable Electrode EAF Remelting Technology of Titanium AlloysLIU Xinxin（Shangluo University School of Urban and Rural Planning and Building Engineering ，Shangluo 726000，China ）Abstract:As an excellent alloy ，titanium alloy is widely used in aerospace field.After half a century of development ，the preparation technolo⁃gy of titanium alloy has been significantly improved.Among them ，vacuum arc remelting technology is the main melting technology to prepare titanium alloy.This paper describes the main research status of vacuum consumable electrode EAF remeiting technology.And systematically in⁃troduces the methods and means that should be used to improve the vacuum consumable electrode EAF melting technology at present ，and puts forward the development direction of vacuum consumable electrode EAF melting control technology in the future.Key words:vacuum electrode EAF remelting ；titanium alloys ；research progress————————————————————————————————————————收稿日期：2019⁃01⁃28作者简介：刘欣欣（1990—），男，硕士，助教，研究方向为建筑及结构检测与加固.真空自耗熔炼（VAR ）技术是利用直流电在真空条件中重新融化金属铸锭，从而在高温条件下可获得高质量低缺陷的钛合金材料。
冶金原理及工艺5.5典型合金的熔炼工艺-钛合金
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❖ 水冷铜坩埚应用最为广泛，欧美、中国都主要采用这种坩埚。 ❖ 铜材埚的直径D由炉容量与电极直径d所决定，一般为d/D为
0.45~0.75，而坩埚的合理深度H则与电流强度有关，一般铜 坩埚的深度直径比H/D约为1.2～1.5。
缺陷产生的潜在原因，包括燃烧、炉子漏气、焊接 时保护不好、外来杂质、低级残料及未混合均匀的 TiO2添加剂等。
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➢ 而已发现的高密度夹杂有两种类型： • 难熔金属(W，Mo，Ta和Nb)； • 其金属化合物(WC，TiW)等。 ➢ 难熔金属夹杂主要由于配料选择不当或意外造成的 ；
TiW主要来源于所采用的氩弧焊接钨电极；WC主要 来源于车削时使用的刀具。
➢ VAR法在熔炼之前都要进行电极材料的制备，电极材料经过 电弧熔化后都进入了铸锭(或作为下一次熔炼的电极)，因此 对电极材料的制备要进行严格控制，否则容易引进夹杂物。
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➢ 钛合金熔炼容易引入的夹杂物主要有二类： • 一类为低密度夹杂（硬α夹杂物）； • 另一类为高密度夹杂。 ➢ 在任何存在氧化反应的地方，都是硬α夹杂物这种
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3. 真空自耗电极凝壳炉熔炼——这种熔炉是在真空 自耗电极电弧炉基础上发展起来的, 它是一种将 熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。 其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存 在一层钛合金固体薄壳, 即所谓凝壳, 这层铜材质 的凝壳作为坩埚的内衬, 用于形成熔池储存钛液, 避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后, 留在坩 埚内的一层凝壳, 可作为坩埚内衬继续使用。
熔炼完毕后，将钛液倾注在铸型中得到所需的铸件。
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钛及钛合金锻造生产工艺规程
钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：1/16代号：AS/FST-JS-04-2012更改控制页序号更改章节更改日期更改单编号更改后版次更改人签名钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：2/16代号：AS/FST-JS-04-2012 本工艺规程适用于真空熔炼的钛及钛合金铸锭经加热、锻造、机加工等工序而制成棒坯、棒材、板坯、饼环材的生产，制定了每个生产工序的工艺制度和管理要求。
1简明工艺流程见表1。
2铸锭的准备2.1生产工艺员在接到生产作业计划后,要仔细对计划部分内容进行审核,如有问题,及时和计划员沟通,确定无误后,方可编制生产工艺。
并通知相关人员到库房领料。
2.2领料人员应根据GB/3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分允许偏差GB/3620.2及企标的有关规定，核对铸锭合格证，并核对合金牌号、锭号、规格和重量是否与实物相符，确认无误后，再进行转料。
2.3 铸锭转入锻造厂房应摆放整齐，将标识摆放于易看到的方位或用金属（记号笔）在铸锭的两端或表面将锭号明显标出。
2.4生产工艺员在投料前应仔细研究产品所执行的技术标准，保证其化学成份能满足该产品的技术要求。
否则，不能投料。
2.5铸锭转入锻造车间后炉工在装炉前必须对铸锭进行涂层，涂层时将铸锭用垫木或导辊垫起，并将铸锭表面的杂脏物、油污用清洗剂擦洗干净后再涂防氧化涂层。
2.6涂层时将写锭号的地方不要涂,以便装炉前确认锭号是否正确。
2.7涂层的厚度应控制在0.2～0.4㎜。
涂层后必须干透即24小时后方可装炉钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：3/16代号：AS/FST-JS-04-2012铸锭↓涂层↓加热↓锻造↓↓↓↓打磨刨面打磨↓↓↓加热修磨加热↓↓↓锻造检查锻造↓↓↓热处理称重刻口↓↓↓机加板坯锯切↓↓探伤平头倒角↓↓取样打磨↓↓检查加热↓↓修磨锻造↓↓检查热处理↓↓称重机加↓↓包装探伤↓↓棒材取样↓检查↓称重↓包装↓饼环材钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：4/16代号：AS/FST-JS-04-20123加热3.1加热设备：天燃气炉、电阻炉。
真空自耗电极熔炼钛合金 工艺流程
真空自耗电极熔炼钛合金工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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本规程适用于技术（研发）中心钛及钛合金电极的熔炼。
编制依据：《钛镍加工材项目初步设计》
GB/T2524-2010《海绵钛》
设备合同
1.主要设备性能
1.1 真空自耗电弧炉技术性能。
设备主要技术参数
2．原料
原料来自315T制样用自耗电极成形液压机压制的￠30X390的电极
3.钛及钛合金熔炼
3.1 钛及其合金的熔炼工艺流程
水、电、气输送正常—开机—装炉—抽真空—熔炼—坩埚冷却—破真空—取出铜坩锅倒出钛锭—停止工作—关水、关电、关气。
3.2 熔炼工艺参数
3.2.1 熔炼工艺参数。
3.2.2熔铸前检查系统并进行预抽空，炉内预真空度不得低于0.133Pa，泄漏率不得大于0.667Pa/min。
3.2.3在熔炼过程中，熔炼电流需逐渐增加。
3.2.4在结晶器周围设有稳弧线圈，以保证熔炼电弧的稳定。
通过“稳弧调节”电位器调节其电流，最大电流为5A。
3.2.5电弧电压的大小代表电弧的长短，熔炼过程中保证弧压的稳定非常重要。
熔炼过程中弧压的大小为0-40V。
3.2.6
补缩工艺参数实际生产中生产。
3.3 引弧料
同批号的钛料、铺满坩埚底为益。
3.4 注意事项
3.4.1 压制完的电极在熔炼前必须放入干燥箱内干燥20~40min，干燥温度在90～105℃之间。
3.4.2 在熔炼开炉前，必须对真空自耗电弧炉的传动系统、冷却系统、电控系统、真空系统及炉体进行检查，检查无误，方可开炉熔炼。
3.4.3抽空
真空泵使用必须遵照使用说明书的要求，进行启动、停泵、维护。
3.4.4每炉熔炼工作完成后，必须清洗结晶器。
防止熔炼时电极与结晶器侧壁放电。
3.4.5熔炼期间冷却水不能间断。
3.4.6熔炼进行时，现场要有操作控制人员，观察炉内熔炼情况和监视冷却水水温水压等。
3.4.7 在熔炼完的铸锭或扒完皮的铸锭上，必须有明显的标记。
3.4.8试锭和试样的制备严格按GB/T2524-2010进行。
4．主要工模具
4.1熔炼坩埚
坩埚的主要结构材质为铜。
必须保证坩埚的清洁、干燥及完整性。
4.2引弧料
同批号的钛料
4.3熔炼用主要工具规格及材质
坩埚内径尺寸（mm）Ф50X125 材质铜
5．执行标准
熔炼出的钛及钛合金铸锭化学成份按照国家标准GB/T3620.1-2007
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