TC4鈦合金的熔煉方法及生產(chǎn)工藝

目前世界上生產(chǎn)的鈦合金中，有50%以上是TC4鈦合金，在工業(yè)應(yīng)用方面，TC4鈦合金的使用量高達(dá)80%以上。TC4鈦合金已成為世界上所有鈦合金牌號(hào)中品種規(guī)格較齊全、工業(yè)量最大的國際通用型鈦合金。然而，成本問題限制了其廣泛應(yīng)用。世界各國，尤其是美、日、俄、中國等都在積極尋找降低成本的方法和工藝。鈦合金的成本主要取決于原料成本和熔煉、加工成本。為了降低成本，一方面采用廉價(jià)元素，降低原料成本；另一方面改進(jìn)生產(chǎn)工藝，降低熔煉和加工成本。

目前，世界上常用的熔煉方法有以下5種：

1、真空自耗電弧爐熔煉法；

2、非自耗真空電弧爐熔煉法;

3、冷爐床熔煉法;

4、冷堝熔煉法;

5、電渣熔煉法五種方法。

世界上提煉海綿鈦均采用Kroll法，尚無可行的低成本生產(chǎn)方法取代該方法，因此，在海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)未取得重大突破之前，僅通過使用價(jià)格低廉的合金化元素的方法難以使鈦合金成本大幅降低。然而，鈦合金生產(chǎn)過程中，由于切頭、切邊、表面車削清理等加工需要，會(huì)產(chǎn)生大量的返回料。由于鈦合金返回料的成本只有一些篩選、破碎、清理帶來的附加成本，不到海綿鈦成本的三分之一。若能在合金制備過程中大量利用返回料，則可以顯著降低成本。常規(guī)生產(chǎn)流程制備的鈦合金板的成本構(gòu)成中，海綿鈦成本占總成本約40%，合金化元素的成本僅占總成本6.7%；熔煉和變形加工成本分別各占總成本約20%和約26%。因此，降低原料成本且縮短加工流程是降低鈦合金成本的有效途徑。此外，目前常用的鈦合金熔煉工藝是真空自耗電弧熔煉(VAR)，采用該工藝需要預(yù)先壓制電極。為保證電極的強(qiáng)度，返回料僅能少量地添加到電極中，回收利用率受到限制，降低成本作用有限。電子束冷床熔煉(EBCHM)技術(shù)的日趨成熟為鈦合金的低成本化制備提供了重要的技術(shù)途徑。

EBCHM有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、較好地消除高、低密度夾雜，可獲得組織均勻的鑄錠；

2、可100%利用返回料，而生產(chǎn)Ti-6Al-4V合金的VAR只能利用30%以下的返回料；

3、可1次熔煉成錠；

4、可生產(chǎn)扁錠，減少后續(xù)加工量。本研究采用EBCHM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的VAR，通過大量添加返回料，單次熔煉生產(chǎn)TC4鈦合金扁錠；扁錠表面處理、包覆后直接開坯軋制，制備8mm厚TC4鈦合金板；同時(shí)將VAR和EBCHM鑄錠制備板材的制造成本進(jìn)行了對(duì)比。