电子束冷床熔炼钛及钛合金的发展背景

钛及钛合金中常见的冶金缺陷有低密度夹杂(LDI)，高密度夹杂(HDI)和Mo、V、Al、Fe等元素的偏析。

低密度夹杂是由N、O、C等间隙元素造成的，LDⅠ硬而脆，因此被称为硬α缺陷。其中TN夹杂危害*大，这是因为TiN粒子不仅高硬度(2160HV)、高熔点(2950℃)，而且在钛及钛合金溶液中的溶解速度非常低(溶液温度1700℃时，溶解速率为0.cm/s)。经过常规电弧熔炼法(VAR)熔炼不能使该类夹杂彻底从钛液中消除团。同时，TiN与基体Ti共格，并且其密度与基体Ti也很接近，因此在对钛材进行检测时也不易发现，从而使残存在钛及钛合金材料中成为有害夹杂。为了避免钛及钛合金中残存的粗大TN夹杂或其它硬α缺陷，就必须适当延长钛及钛合金的熔炼时间以及提高熔炼温度。高密度夹杂是由于Mo、W、Nb、Ta等高熔点金属及其化合物的混入引起的。用VAR熔炼钛及钛合金，由于熔炼温度不足而难以使HDI溶解消除，并且因其密度较高而快速下沉，进入熔池的低温区凝固并保留下来，*终成为铸锭中较为严重的冶金缺陷。

钛及钛合金电子束冷床熔炼技术既能较好地去除夹杂获得细晶均质铸锭，提高钛及钛合金铸锭质量，又可以大幅度降低钛及钛合金板材的生产成本。与传统的VAR相比，电子束冷床熔炼钛及钛合金时，可以灵活控制熔炼速度和熔炼温度，这样不仅有利于为去除钛及钛合金中的高低密度夹杂提供足够的溶解条件，还可以有效地控制铸锭中元素挥发与偏析等问题。另外，在生产优质纯净钛及钛合金铸锭时不需要压制电极，原料经一次熔炼生产出的铸锭就可以直接轧制成卷材，为航空发动机材料提供半成品从而减少加工工序。经过20多年的实践，电子束冷床炉熔炼因其具有独特的除杂优势可以生产出优质钛及钛合金铸锭，从而受到了航空发动机制造商以及钛材生产者的广泛关注与应用。