小電流熔煉含鐵鈦合金的研討

摘 要：對TB3 Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al 和TB6 Ti -10V-2Fe-3Al二種含鐵鈦合金采用低電壓小電流進(jìn)行三次熔煉的方式，進(jìn)行鑄錠內(nèi)外質(zhì)量及成份均勻性分析，研討合金中的成分偏析及組織均勻性問題。

關(guān)鍵詞：TB3、TB6鐵鈦合金 小電流 熔煉 宏觀及微觀偏析

中圖分類號：TG14文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0004-03

1 冶金工藝分析

TB3和TB6二種合金都是近β合金，Mo、V、Fe是β穩(wěn)定元素。近β合金的特點有以下幾點：高的強度、塑性、韌性；低的相變點；小的流變應(yīng)力；易出現(xiàn)β斑點，特別Fe元素在β-Ti中是有限互溶，故形成β斑點的幾率比較大。在真空自耗電弧熔煉條件下，影響結(jié)晶偏析的的主要因素有：中間合金元素的分配系數(shù)（Fe元素的分配系數(shù)K=0.3）、熔池的深度和形狀、冷卻速度、結(jié)晶速度及方向、結(jié)晶前沿過渡區(qū)尺寸、電磁攪拌電流及時間等。也就是說控制Fe元素的宏觀及微觀偏析主要是制定相應(yīng)的熔煉工藝參數(shù)，控制其凝固過程中等軸組織的區(qū)域。真空自耗爐熔煉鑄錠時，等軸組織大部分是在息弧后形成的，由于鑄錠在熔煉期間和電弧中斷后的凝固方式及凝固方向不同，易于造成某些元素的偏析。另外鑄錠等軸晶區(qū)體積的大小是由熔池的深度和形狀決定的，熔池深度計算經(jīng)驗公式為：[7]

（D為鑄錠的直徑（m）；H為熔池的深度（m）；ν為熔化速度（kg/s））

由上式可知，熔化速度和熔池深度呈正比，故降低熔煉速度可以減少熔池深度，這樣可以縮小等軸晶區(qū)域，從而防止元素偏析。故采取小電流熔煉，是本次熔煉生產(chǎn)大規(guī)格合金TB6及TB3防止成分偏析的關(guān)鍵。

2 試驗熔煉參數(shù)的選定

本次采用的是三次熔煉，成品錠規(guī)格為Φ580，在進(jìn)行二次熔煉后的鑄錠Φ580采取快鍛機開坯鍛造成型（Φ500），再表面處理后進(jìn)行三次熔煉。在熔煉過程中確保熔池到邊的情況下，盡可能地采取小電流熔煉，降低熔煉速率，控制熔池的深度和形狀。

3 鑄錠結(jié)晶組織分析

經(jīng)過二次熔煉后，從二次鑄錠底部切片及經(jīng)快鍛機開坯后坯料上切片進(jìn)行低倍分析，低倍結(jié)晶組織如圖2、圖3；成品鑄錠經(jīng)過鍛造到相應(yīng)火次后進(jìn)行高位組織分析，高倍組織如圖4、圖5。

從半成品的低倍可以看出，經(jīng)過二次熔煉后的組織比較均勻、光亮，沒有存在明顯的成分偏析現(xiàn)象；經(jīng)過三次熔煉后鍛造板坯的高倍組織圖也同樣可以看出α相在β基體上是均勻析出，并沒有出現(xiàn)明顯的白色或灰色的β斑缺陷，即沒有或不明顯存在β穩(wěn)定元素Fe的偏析現(xiàn)象。

4 取樣成分分析

從經(jīng)過三次熔煉的成品鑄錠側(cè)面的五個部位取樣及頭部冒口端（100 mm）鋸切后的端面進(jìn)行九點取樣，其分析數(shù)據(jù)及結(jié)果如下：

以下是TB6及TB3成品鑄錠縱向成分分析數(shù)據(jù)（如圖7，8）

以下是TB6和TB3成品鑄錠冒口端即頭部100 mm處九點取樣橫向成分分析數(shù)據(jù)。

從以上數(shù)據(jù)結(jié)果可知，TB6和TB3鑄錠中的中間合金Fe元素在鑄錠縱向分布很均勻，并沒有出現(xiàn)大的波動；在鑄錠橫向分布上，TB6第三個點較其它點略有點高，但也在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，屬于成分范圍內(nèi)正常波動（最大偏差錯為0.22），不屬于成分偏析現(xiàn)象，在真空自耗電弧熔煉時，鑄錠由于局部的凝固和冷卻速度范圍寬，使得鑄錠化學(xué)成分均勻性的控制十分困難，出現(xiàn)成分波動是很正常的。所以該次實驗的二種合金鑄錠不存在宏觀上的偏析現(xiàn)象。

5 結(jié)語

（1）采用小熔煉電流（較其他同行降低4～7 kA電流），降低熔化速率，輔以適當(dāng)?shù)姆€(wěn)弧攪拌電流，對防止高鐵鈦近β合金或β合金中的鐵元素在宏觀及微觀上的偏析是行之有效的；

（2）小電流熔煉鐵鈦合金能夠較好地保證鑄錠成分縱橫向上的均勻性，從而獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品；

（3）小電流熔煉含易出現(xiàn)偏析現(xiàn)象元素的合金是以后的熔煉研究方向。

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