钛和钛合金铸锭冶金质量控制途径

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用真空白耗电弧炉熔炼钛及钛合金时，当某些因素控制不当时，会在铸锭表面会形成冷隔、夹杂、气孔等缺陷，如何避免产生铸锭的缺陷，提高钛和钛合金铸锭冶金质量，在生产中应着重做好以下四个方面的工作：（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，0等)含量控制在适当范围，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；为保障以上四个方面的工作，在工艺流程中应做好每一生产环节的质量控制

1原料选择

钛合金铸锭的主要原料为海绵钛及中间合金。海绵钛的杂质含量和颗粒度大小都会对铸锭质量造成影响。海绵钛中的杂质含量会影响铸锭化学成分含量要求，生产中应人工筛选出有缺陷的海绵钛。有缺陷的海绵钛块是指：过烧的海绵钛块；带有暗黄色和亮黄色痕迹的氧化和富氮的海绵钛块；带有明显氯化物残余的海绵钛块；带有残渣的海绵钛块；高铁及其伴生元素的海绵钛块。海绵钛的颗粒度大小不均匀会容易造成Ⅰ类区域偏析，生产中采用过筛的方法除去过大及过小的海绵钛，以保证其颗粒度较为均匀。中间合金的选择会影响铸锭化学成分的均匀性，选择不当易造成Ⅰ类区域偏析、不熔金属夹杂等冶金缺陷。中间合金组元和成分的选择，主要考虑以下因素：(1)化学成分稳定，分布均匀、杂质含量在合金要求范围之内；(2)熔点与基体金属熔点相近或低于500℃以内；(3)比重、比热、熔化潜热与基体金属相近：(4)与合金中有关组元的配料要求相适应；(5)粒度较小且粒度大小均匀；

2配料

首先应确定好铸锭的化学成分，主要元素配比应充分考虑其上限与下限，并尽量使其接近目标值，杂质元素尽量低且必须保证不高过规定值。一般情况下，在决定配料组元重量及配料成分时要充分考虑以下因素：(1)熔炼方法及合金组元在熔炼中的行为、烧损率、是否具有偏析及偏析特征等；(2)合金成分和杂质含量允许波动范围及均匀度要求；(3)合金最佳性能要求的合金成分和杂质含量范围；(4)合金组元的添加方式：纯金属或中间合金：另外因不同厂家生产海绵钛的设备、工艺及生产条件不同，配料选择时应尽量选择同厂家同批次海绵钛，无法满足时也要保证主要杂质(Fe，0等)含量差别较大的海绵钛批次不混用在一起。同理，中间合金也应选择同厂家，且中间合金用量较少最好能选用同一批次。

3混料及压制

为最大程度确保同一铸锭化学成分均匀，需要通过混料使原料均匀。上料时应将不同批次海绵钛交错上料，使原料得到初步均匀化。再通过混布料机，将海绵钛及中间合金等机械方式搅拌均匀。将搅拌均匀的原料通过油压机压制成电极块。为保证成分均匀，不出现夹杂缺陷，需清理混料器、传送带、模具，使其无上一生产过程中的原料残留。

4电极制备

电极块经过组装和焊接得到一次熔化的自耗电极。焊接方法主要为氩弧焊或等离子焊，若使用钨极氩弧焊需特别注意不能枪头粘连形成高密度夹杂。在焊接时应进行充分保护或在惰性气氛的焊箱下进行，以免形成难熔氧化物和氮化物。5熔炼过程熔炼是整个钛及钛合金铸锭生产的关键工序，熔炼过程中对铸锭质量影响较大的主要的工艺参数有：电流、电压、稳弧电流大小、稳弧搅拌时间，真空度。工艺参数需根据电极材料、铸锭规格及炉况通过实验确定最佳数值。此外熔炼前还需选择合适的坩埚比。熔炼过程不当易产生的质量缺陷及原因分析：（1）皮下气孔及内部气孔原因：a.熔炼时冷却过大b.熔炼电流过小，熔池不到边c．坩埚比偏小d．熔炼过程中坩埚底部渗水（2）冷隔和夹生原因：a.起弧料过多或颗粒过大b.起弧后电流升速较慢c．熔炼过程意外中断后重新起弧间隔时间较长d．电极底部不对中（3）钛的氮化物或氧化物偏析原因：a.炉内焊接过程中产生的焊瘤未清除干净b.熔炼过程中真空度偏低，漏气率偏大（4）Ⅰ类区域偏析原因：熔炼过程中电极出现掉块（5）Ⅱ类区域偏析原因：a熔炼电流不合理b稳弧搅拌不充分因熔炼过程对铸锭的质量影响最大，所以需要特别关注。熔炼前应做好炉内壁、坩埚壁、辅助电极等的清理工作，以避免产生夹杂。熔炼中应密切关注电流电压及真空度是否有异常变化。补缩过程应逐级降电流并使熔速保持平缓下降，在中低温区间要保证足够时间，以减少铸锭头部缩孔提高铸锭成材率。

参考文献:

[1]莫畏,邓国珠,罗方承.钛冶金[M].北京:冶金工业出版社,1998.

[2]王镐,张需.钛真空自耗电弧炉熔炼技术发展概况及未来展望[J].钛工业进展,1998(05).

作者：陶柳 单位：西部金属材料股份公司