真空自耗电弧炉熔炼技术和铸锭质量问题

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钛工业进展

2 01年第 3期 0

真空白耗电弧炉熔炼技术和铸锭质量问题李献军宝鸡有色金属加工厂，宝鸡 7 1 1 20 4

摘

要综述了当今真空自耗电弧炉装备和先进的钛熔炼工艺技术特点，讨论了钍铸锭存在

的质量问题厦产生的原因和解决办法关量词真空自耗电弧炉钛熔炼铸锭质量

由于钛的化学活性，使得多种方法不能

熔炼过程中出现的问题，获得良好的铸锭表

用于钛及钛合金的熔铸目前，钛及钛合金 的熔炼方法，除了非自耗电弧熔炼、真空感应熔炼、电子束和等离子冷炉床熔炼、电渣熔炼、感应渣熔炼外，最为主要的是真空白 耗电弧熔炼 (称 VAR)简。

面质量和内在冶金质量，提高金属成品率。

VAR法优点在于设备投资和运行成本 较低，操作技术简单，对成品钛材的质量和均匀性起到良好的作用。因此该法作为重要用途如生产航空、航天用钛及钛合金材料的首选工艺方法，今后仍会在各种钛熔炼法中占有重要的地位。 虽然 VAR法具有较多的优点，但铸锭

存在的质量问题也是不容忽视的，还需要得到有效控制和解决。圈 1真空自耗电弧炉示意图

1 VAR技术 1 1真空自耗电弧炉 .

1 2 VA工艺技术 . R VAR基本的工艺流程为：料一压制电混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。12 . .1蝽炼炉料

图 1为现代 VAR炉的结构和熔炼过程示意图，VAR炉由真空系统、电极驱动机械

系统、坩埚及冷却循环系统、流电源、自铜直 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、再现性和灵括性特征，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

VAR是一个始终局部范围内熔化、晶结的过程。获得具有良好均匀性铸锭的先决条

件，首

先是对原材料严格控制。通常钛及钛合金生产所使用的原材料有：海绵钛；合金元素；钛残料 (称为返回炉料 )又。 ( )海绵钛 1海绵钛必须满足高标准的要求，纯度、如

金和铸锭规格建立良好的熔炼模式，并分析

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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，或其它高熔点颗粒。 若上述物质存在于 VAR过程中，就可能在最终产品中起到产生裂纹源的作用。、、碳氮 氧、硅作为杂质元素会提高产品强度，降低塑性，必须控制在允许的水平。( )台金元素 2

料完全清洁，在重熔之前应将纯钛和钛台金仔细分类和鉴别。 利用车屑时要特别注意，由于其中可能含有的难熔金属颗料 (要为碳化钨刀具碎主渣 )经过多次熔炼后依然存在，如果没被发现并去除掉，会导致关键零部件的失效1 22 . .电极制备

添加的台金化元素，无论是纯金属或中问台金，其熔点一方面不允许超过台金的熔点；一方面，不允许比钛的熔点低 4 0另也 5℃~

经过混料后，添加或未舔加残料的原料

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，使在熔炼过程中加热时也不会开裂 .即 并确保电流畅通无阻地通过。123 ..壤炼过程

5 0,否则过早熔化，铸锭成分不均匀 0℃通常，易熔化和溶解的元素如 A1 C,对， r

Cu,Fe.S n,Zr,可以以纯金属的形式直接

加入；而硅和其它大多数难熔金属如 M o, Nb,,,须用中问台金的形式添加。为 Ta V必确保台金成分均匀，应生产和选用多元化中间台金。 Ti1 2如一0 3使用 V— - e中间合金， AI F Ti1 金使用 AI n r o r 7台 S Z M

C,Ti6 4 2 2台金使用 AI n r o ( i等。 S ZM S)氧可以以不同的方式加入，包括细的

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。水冷铜坩埚给钛的熔炼提供了适宜的容器，只要冷却适当，熔融钛就在其表面形成一层“壳”渣 .既保护坩埚，钛又不被坩埚污染。生产中，对重熔电极和炉室彻底清理，应

Ti O粉、适台的易熔氧化物和残料。氮或碳可以非难熔化台物或纯细碳粉的形式直接加入。通常钛中不加氮或碳，但少量的氮和碳对提高强度及耐磨性是有益的海绵钛和中间台金 (纯金属 )的粒度或太小必须严格控制，颗粒过大，易造成夹杂

清除外来物和炉室中的冷凝物，如氧化物、诸 氯化物等这些是造成氧、氮含量增加、引起铸锭冶金质量问题的潜在来源。 熔炼的初始电流设置应低一些，电压在 3 0V~ 5 OV之间，要取决于电极和炉室中主

和成分偏析。这可以由下式说明：= 2 D— d1 9u r g(,,/

其中：为熔池中颗粒下沉速度； r为颗粒半径；g为重力加速度；D为颗粒密度；d为液

的气体含量、电流大小、电弧问隙、电极的电阻及铸锭的尺寸。形成熔池后，将熔炼功率增加到高于主熔炼期所预定的水平 .以弥补坩埚底部的激冷效应。熔炼期问，功率应保持 …… 此处隐藏：7456字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……