TC4合金电子束冷床熔炼过程中LDI和HDI的去除.pdfVIP

第37卷 第4期 稀有金属材料与工程 、bl_37．NO．4 2008年 4月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING April 2008 TC4合金电子束冷床熔炼 过程中LDI和HDI的去除 韩明臣 r，张英明 ，周义刚2赵铁夫 ，杨建朝 ，李 军 ，周 廉 f1．西北有色金属研究院，陕西 西安 710016) (2．西北工业大学，陕西 西安 710072) ． 摘 要：通过添加人工夹杂，研究了TC4合金电子束冷床熔炼 (EBCHM)过程中LDI和HDI夹杂的溶解和沉淀去除。 结果表明，高温下TiN与基体钛之间存在扩散反应，从而使TiN在一定时间内可溶解于基体钛中，尺寸2．5 mm的TiN 粒子可在1800℃，5 rain时间内完全溶解消失。氮化的海绵钛粒子和WC粒子在冷床中有足够的时间溶解上浮／下沉， 达到完全去除的目的。EBCHM去除LDI和HDI的精炼机制为溶解和密度差作用。 关键词：LDI；HDI；TC4钛合金；电子束冷床熔炼；精炼 中图法分类号：TG146．2 3；TF134 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2008)04-0665-05 自20世纪50年代以来，出现了多种熔炼钛的方 增加了出现硬质合金刀具残屑这类 HDI的风险。因 法[ 】，但钛及钛合金铸锭生产的主导工艺还是真空白 此，不需要制备电极、可100％使用残料的冷床熔炼技 耗电弧熔炼(VAR)。纯钛及非航空用钛合金一般熔炼 术给钛及钛合金残料大量回收提供了支持，也促使了 2次，航空及其它关键部件用钛合金则要熔炼3次， 冷床熔炼技术的大发展。 以保证成分均匀。然而，实践表明，这并不能保证彻 电子束冷床熔炼(EBCHM)是20世纪60年代开 底消除夹杂和偏析【4曲J。 发、80年代迅速发展起来的一种生产洁净钛及钛合金 钛及钛合金常见的夹杂有低密度夹杂 (LDI)、高 的新型熔炼技术，它对LDI和HDI夹杂有独特的去除 密度夹杂 (HDI)。由间隙元素 N、0、C污染造成的 效果。国外已在EBCHM炉的除杂能力方面进行了大 LDI来自海绵钛、添加的残料和合金配料、电极制备 量研究，获得了比较实用的结果[12,13]，但在中国还没 (主要是焊接)和不良的熔炼操作[7，8】。其中TiN的危 开展这方面的研究。本工作利用西北有色金属研究院 害最大，这是因为 TiN(Tm=2950℃)在液态钛中溶 的500 kW 电子束冷床炉，通过添加人工夹杂物粒子， 解速度非常低，经真空电弧熔炼后，TiN 仍会残存于 详细研究了TC4合金电子束冷床熔炼时夹杂物粒子去 铸锭及加工材中。同时，TiN 的密度与钛基体接近， 除情况，以便为除去上述夹杂提供技术依据。 晶体与钛基体共格，无损探伤时不易被发现 】。TiN 1 实 验 的存在会严重降低材料的抗疲劳性能而成为安全隐 患[1o]。当这种钛材用作飞机发动机压气机盘、叶片等 为与实际生产环境相符，特人为加入了一定量氮 转动件时，TiN夹杂就可能造成发动机部件的失效， 化的海绵钛颗粒和WC颗粒，以模拟实际生产中钛合 引发机毁人亡的空难事故…】。HDI是 W、Mo、Ta、 金中存在的LDI和HDI夹杂。LDI选用细海绵钛颗粒 Nb等高熔点金属及其化合物混入引起的。VAR的熔 经高温下与氮气反应制得，氮化的海绵钛仍为多孔颗 炼温度不足以使它们熔化，最终它们会以不熔块的形 粒。HDI用YG8车刀刀头颗粒代替，其化学成分为： 式从原料转入钛合金铸锭中 。