小電流熔煉含鐵鈦合金的研討

1、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tb6二種合金都是近合金，mo、v、fe是穩(wěn)定元素。近合金的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：高的強(qiáng)度、塑性、韌性；低的相變點(diǎn)；小的流變應(yīng)力；易出現(xiàn)斑點(diǎn)，特別fe元素在-t

2、i中是有限互溶，故形成斑點(diǎn)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(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為：7 （d為鑄錠的直徑（m）；h為熔池的深度（m）；為熔

3、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(yàn)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580，在進(jìn)行二次熔煉后的鑄錠580采取快鍛機(jī)開坯鍛造成型（500），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(jī)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

4、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相在基體上是均勻析出，并沒有出現(xiàn)明顯的白色或灰色的斑缺陷，即沒有或不明顯存在穩(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(diǎn)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(diǎn)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t

5、b3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(diǎn)較其它點(diǎn)略有點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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47 ka電流），降低熔化速率，輔以適當(dāng)?shù)姆€(wěn)弧攪拌電流，對防止高鐵鈦近合金或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。 參考文獻(xiàn) 1 王鎬，李成剛.真空自耗電弧爐熔煉鈦錠偏析缺陷的分析與改進(jìn)j.鈦工業(yè)進(jìn)展，2000（4）. 2 鑄造鈦合金的熔煉工藝j.熱加工工藝，2006，35（13）. 3 李獻(xiàn)軍.鈦合金鑄錠宏觀偏析分析j.鈦合金進(jìn)展，2000（5）. 4 alecc mitchell.melting，casting， and forging problems in titanium alloysj.jom.1997（7）. 5 曾泉浦.鈦合金var鑄錠中的偏析j.鈦工業(yè)進(jìn)展，1995（6）.