1、1 知识 点 讲 义 授课题 目 第 6 章钛 合金 的铸 造 知识 点 1 钛及 钛合 金的 加 工和制 品生 产 教学目 的 和要求 理解钛 及钛 合金 的加 工和 制品生 产 教学重 点 钛及钛 合金 的加 工和 制品 生产 教学难 点 无 教学进 程 教学内 容、教学 设计、教 学过程 教 学目 标 1：钛合金铸 造成型 教学内容及过程设计：钛 合 金 铸 造 成 型 即 钛 合 金 熔 炼、造 型 和 浇 注 成 铸 件 或 毛 坯 的 过 程。目 前 钛 合金熔炼有两大类别，真空自耗熔炼和非自耗熔炼方法。A.真 空 自 耗 熔 炼 主 要 包 括：真 空 自 耗 电 极 电 弧 熔
2、 炼、电 渣 熔 炼、真 空凝壳炉熔炼。B.真空非自耗熔炼主要 包括真空非自耗电弧熔炼、电子束熔炼、等离子束（或等离子弧）熔炼等，后两种又称冷床炉熔炼。目前，生 产 钛 及 其 合 金 铸 锭 的 方 法 主 要 是 真 空 自 耗 电 弧 炉 熔 炼（VAR），它可以成功的熔炼易偏析和高活性的金属材料。教 学目 标 2：真空自耗 电弧炉设备结构组成 教学内容及过程设计：首先是 坩 埚，坩 埚 外 侧 分 别 是 稳 弧 线 圈 和 流 通 冷 却 水 的 水 套。坩 埚 上 部 是 自耗 电 极，电 极 通 过 电 极 夹 固 定 在 电 极 杆 上，电 极 杆 通 过 电 极 升 降 机
3、构 控 制 升降。教 学目 标 3：设备工作 原理 教学内容及过程设计：真 空 自 耗 电 弧 炉 在 工 作 过 程 中，自 耗 电 极 是 由 钛 合 金 原 材 料 压 制 或 焊 接 做 成的 电 极 棒。自 耗 电 极 做 负 极，铜 坩 埚 做 正 极。在 铜 坩 埚 底 部 放 入 一 些 小 尺 寸粒 状 海 绵 钛 做 引 弧 料。电 极 棒 下 降 到 合 适 位 置，熔 炼 室 内 抽 真 空 或 通 入 惰 性气 氛，将 电 压 和 电 流 调 整 到 合 适 值，在 负 极 和 正 极 间 起 弧，负 极 在 电 弧 热 的作用下熔化流入底部的铜坩埚，形成铸锭。教 学
4、目 标 4：真空自耗 电弧炉熔炼工艺，钛合金熔炼整个工艺流程 教学内容及过程设计：海绵钛+残 钛 料+合 金 添 加 剂 干 燥 及 处 理 配料 制 备 电 极 块 2 电极组焊 一 次 熔 炼 炉 内 或 炉 外 焊 接 二 次 熔 炼 钛锭 化学分析 下面具体介绍生产流程中每个环节 首 先 根 据 生 产 钛 合 金 成 分 进 行 备 料：熔 炼 钛 及 钛 合 金 铸 锭 的 炉 料 包 括 海绵钛、钛残料、合金添加剂。将钛物料干燥，去除水分(120-180 4h,真空度5Pa,)；合金添加剂或中间合金破碎或机加，再经筛分至所需粒度。第二步，自耗电极制备 首 先 按 选 择 的 合
5、金 牌 号 进 行 配 料 计 算，称 重 后，利 用 大 型 压 力 机 压 制 成电极棒，压力大小 300-500MPa，然后再将压好的单块电极块组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极。第三步进行钛合金熔炼：将 阻 焊 好 的 电 极 棒 放 入 真 空 自 耗 电 弧 炉 的 电 极 把 持 器 中，调 整 好 电 流 参数 和 电 压 参 数 后 即 可 开 始 真 空 熔 炼。熔 炼 大 致 分 为 引 弧 期、正 常 熔 炼 期、封顶期和冷却等四个阶段。引 弧 期 内，在 铜 坩 埚 底 部 放 少 量 海 绵 钛 细 颗 粒 做 引 弧 剂，引 弧 剂 和 海 绵钛之间距离不小于
6、 15mm，一般 2030mm。为 顺利引弧，空载电压提高到 70V，在 空 载 电 压 下，借 助 于 自 耗 电 极 和 引 弧 间 的 瞬 间 接 触 引 弧。电 弧 长 度 太 短 会频 繁 短 路，太 长 会 使 电 弧 移 动，容 易 击 穿 坩 埚 壁。因 此，弧 距 不 能 超 过 电 极和坩埚间的最小距离。一般控制在 2550mm，引 弧 期 结 束 后，逐 渐 增 加 熔 炼 电 流，熔 池 覆 盖 坩 埚 底 部 后，迅 速 将 电 流升 到 工 艺 要 求 的 设 定 值，进 入 正 常 熔 炼 期。熔 炼 期 间 功 率 保 持 不 变，同 时 保证电极和坩埚间的间隙
7、为 5080mm 或者更大，保证安全及为气体排 除提供良好的通道。熔 炼 末 期 进 入 封 顶 期，目 的 是 为 了 减 少 铸 锭 头 部 的 缩 孔 和 缩 松 区，提 高锭 坯 成 材 率。因 此 封 顶 期 又 称 为 补 缩 期，从 正 常 熔 炼 期 进 入 封 顶 期，电 流 递降，从正常电流的 1/3 降到最后的 1/10，封顶时间占熔炼总时间的 1/41/3。熔炼第四个阶段即冷却期 铸锭在真空状态下冷却到 400出炉。在熔炼过程中，具体熔炼工艺参数确定如下：熔炼功率的确定，按公式计算-热效率，30%50%；V-电弧电压，2840V；I-电弧电流，与材质，铸锭直径，坩埚与电
8、极直径比，炉内压力，炉 子结构和电源类型有关。金属熔化功率占输入总功率的 30%50%。3=PP IV熔总 熔炼速度 与电流大小有关。坩埚比 电极直径与坩埚直径的比，0.6250.88 之间。熔炼真空度 0.11.33Pa 搅拌电流 合适的搅拌电流具有细化晶粒作用。一般，具有正偏析特征组元的钛合金，二次重熔时，选择低频和较小的搅拌电流。补缩 一般采用多级降电流补缩。以上是真空自耗电弧炉铸造生产基本内容：现总结如下：熔 炼 过 程 中，钛 阴 极 不 断 熔 化 滴 入 水 冷 铜 坩 埚，借 助 于 吊 杆 传 动 使 电 极 不 断下 降。为 了 熔 炼 大 型 钛 锭，采 用 引 底 式 铜 坩 埚，随 着 熔 融 钛 增 多，坩 埚 底 逐渐向下抽拉，熔池不断定向凝固成钛锭。
