冷床爐熔技術(shù)

　　真空自耗熔煉法(VAR法)是鈦工業(yè)中歷史最長的熔煉方法，在20世紀70年代中期成為鈦及鈦合金鑄造錠熔煉的主要方法。在20世紀80年代，鈦的冷床爐熔煉開始發(fā)展，首先是用電子束，然后是等離子束，隨后該技術(shù)快速發(fā)展并加入到了過去由VAR熔煉主導(dǎo)的工業(yè)領(lǐng)域中，已經(jīng)出現(xiàn)一次可熔煉24噸的大型冷床爐。在美國，冷床爐熔煉方法，早已與真空自耗熔煉法平分秋色，并將處于主導(dǎo)地位。

　　冷床爐熔煉分為電子束冷床熔煉和等離子束冷床熔煉，前者適用于純鈦錠和典型鈦合金錠，如Ti6Al4V的熔煉。后者適用于復(fù)雜成分鈦合金的熔煉。

　　采用冷爐床熔煉，具有以下優(yōu)勢:首先，可以采用多種形式的原材料，無需制備電極，減少了工序。其次，可以大量使用經(jīng)濟的原材料，殘料添加比例可達100%，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用;第三，能夠有效去除易揮發(fā)雜質(zhì)以及高密度夾雜和低密度夾雜，提高鈦合金部件的疲勞性能;第四，可以生產(chǎn)圓錠、扁錠和空心錠。　　冷床爐熔煉技術(shù)在國外已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，但國外仍一直致力于該熔煉技術(shù)的研究與發(fā)展。

　　烏克蘭一直在研究直接采用鈦坨進行電子束冷床爐熔煉的技術(shù)，已在純鈦錠的熔煉方面取得成功，現(xiàn)在正在進行鈦合金錠熔煉的試驗研究。

　　美國則積極發(fā)展鈦錠一步法熔煉技術(shù)(singlestepelectronbeamcoldhearthmelting，EBSM)。經(jīng)一次電子束熔煉的純鈦扁錠，已經(jīng)成功地直接軋制成鈦板帶，并通過AMS標準的認可;至于鈦合金，10年前航空發(fā)動機制造商要求航空傳動件用鈦合金必須進行一次冷床爐熔煉后，出現(xiàn)了“冷床熔煉+真空自耗熔煉(Hearth+VAR)”法，并成為工業(yè)標準級的生產(chǎn)方法。但這一方法已在慢慢被突破。經(jīng)一次電子束熔煉生產(chǎn)的Ti6Al4V合金已被制成了從裝甲到體育休閑的多種工業(yè)產(chǎn)品，并正在向航空領(lǐng)域過渡。美國空軍曾資助采用一次電子束熔煉的Ti6Al4V扁錠生產(chǎn)的板材進行系統(tǒng)研究，目的是代替多次VAR或“Hearth+VAR”板材產(chǎn)品，在軍用和民用領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。研究結(jié)果表明，采用電子束一次熔煉的扁錠生產(chǎn)的Ti6Al4V板材，靜態(tài)和動態(tài)性能均超過現(xiàn)有標準規(guī)定的最小值。采用一次等離子束熔煉的扁錠生產(chǎn)的Ti6Al4V板材，也有同樣的結(jié)果。

　　與國際先進水平相比，我國鈦及鈦合金的冷床爐熔煉剛剛起步。目前我國鈦及鈦合金的熔煉，主要是真空自耗法，冷爐床熔煉比例十分低。近幾年引進的大噸位熔煉爐，主要是真空自耗熔煉爐。但就鈦工業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢而言，冷床爐熔煉方法將漸成主流。

　　因此，對于我國來說，在引進國外先進熔煉設(shè)備時，應(yīng)對冷床爐設(shè)備予以更多的關(guān)注和重視。同時，積極開展鈦及鈦合金冷床爐熔煉技術(shù)的研究。我們可以引進設(shè)備，但具體工藝，還需我們摸索。

　　1、開展冷爐床熔煉技術(shù)的基礎(chǔ)性研究。在高真空的EB爐中，必然會出現(xiàn)Al、Mo、Cr等高蒸汽壓元素的蒸發(fā)損失，摸清合金元素揮發(fā)的動力學規(guī)律，建立合金成分揮發(fā)過程的數(shù)學模型，合理控制元素揮發(fā)并進行合金補償，確保既定的化學成分要求，是一個必須予以細致研究的課題。只有基礎(chǔ)性研究工作扎實充分，才能充分發(fā)揮電子束冷爐床的作用。相比之下，等離子束冷爐床更適合熔煉鈦合金。等離子槍是在接近大氣壓的惰性氣氛下工作，可以防止Al、Cr、Sn、Mn等高揮發(fā)性元素的揮發(fā)，化學成分控制相對容易。由此，我們也許可以考慮另一個問題，即是否可以利用電子束冷床爐與等離子冷床爐的優(yōu)點，進行鈦合金的熔煉?如次采用等離子冷床爐熔煉電極，然后再在電子束冷床爐中熔煉。

　　2、開展鈦及鈦合金冷爐床熔煉工藝技術(shù)研究，摸清原材料—工藝參數(shù)—鈦錠品質(zhì)之間的關(guān)系，逐步形成相關(guān)數(shù)據(jù)庫，建立完善的工藝技術(shù)文件。

　　3、對采用冷爐床熔煉的鈦及鈦合金錠生產(chǎn)的鈦材，開展深入細致的組織與性能研究，并與以往采用真空自耗熔煉的鈦材，進行對比分析，對冷爐床熔煉的鈦材作出工程適用性評定。

　　4、直接采用冷爐床熔煉的鈦扁錠，開展鈦板帶的工業(yè)試制及其應(yīng)用研究;采用“冷床熔煉+真空自耗熔煉(Hearth+VAR)”的鈦合金錠，開展航空傳動件用鈦合金鍛件的工業(yè)性試制及其應(yīng)用研究?！　】梢韵嘈牛錉t床熔煉技術(shù)將推動我國高端鈦產(chǎn)品的開發(fā)，并提升我國鈦工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)水平。我們理應(yīng)高度重視冷爐床熔煉技術(shù)的發(fā)展，并不斷提高冷爐床熔煉在我國鈦錠熔煉能力中的比重。