钛合金等离子冷炉床熔炼技术发展.docVIP

钛合金等离子冷炉床熔炼技术的发展 摘要：真空自耗电弧熔炼(VAR)是当前钛合金生产的主要方法。但是与VAR工艺相关的冶金缺陷及其造成的危害深 关键词：等离子冷炉床熔炼；低密度夹杂物；高密度夹杂物 1、 前 言 随着钛合金在航空工业中使用量的增加，其重要FAA(联邦航空局)的报告报道，从1962年至1990年间，美国共有25起飞行事故是由熔炼工艺有1989年美国Iowa州Sioux城发DC-10坠机事件，造成111人遇难。经调查，事Ti-6AI-4V钛合金一级风扇盘上。在该事件之后，在美国FAA的资助下，成立了一。同时也触动了航空发动机制造商和钛制造商2次3次真空耗电弧熔炼(VAR)生产钛合金铸锭的应10余年冷炉床熔炼的实践，认为采用冷炉床GE公司等在接10多起“硬陷”破坏性事故的严重教训后，已1次冷炉床(电子束或等离子束)熔炼。 目前，我国航空用钛合金的熔炼基本上采用真空(VAR)方法。对于质量要求高的钛合3次VAR熔炼，以获得成分均匀、VAR工艺生产的钛合金2005年，先2个单位已经各自引进并安装了电子束冷炉床熔VAR熔炼技术的对比，分析了等离子冷炉(PACHM)在熔炼钛合金方面的特点和优PAM525等离子冷炉床熔铸炉的基本结构、特点及前 2、钛合金中能的影响 钛合金的冶金缺陷主要是指夹杂物和化学成分偏1。 钛合金中的夹杂物一般分为两类，即低密度夹杂(LDI--Low Density Inclusions)和高密度夹杂物(HDI--High Density Inclusions)。常见的LDI主要是钛(如TiN的密度为5．22g／cm’，钛的密4．5g／cm3)，但因与HDI相比要低得多的密度而得a稳定元素，所以还形象地HDI主要是指熔炼过程中因未完全Mo、Ta、W、WC等。 硬杂具有比钛高得多的熔点，如Ti02的熔点1825℃，TiN的熔点约为2950，而边熔化边凝固VAR熔炼时，熔池的温度一般在1700C左右，TiN的熔点更高，因此，更难于熔Ti02相比，在实际中出现的几率更大。图2显Ti-8Al-1Mo-1V钛合金某锻件上发现的硬，在F／A-22上使用钛合金铸件的早期工程化阶段，在约200件钛铸件中共发现了20个可疑的和被确认的硬10％。后期在钛铸件生产的车(Contamination controlPlan)”，通过控制硬夹杂物(PhasedArray Ultrasonic Tested)，以检查厚的、关键铸件截面；(Ammonium Bifluoride Etch Inspection)，以检查薄壁表面的硬。据最近报 HDI一般是因在原料中混入了高熔点的金属如W、Mo、Nb、Ta)或金属间化合物(如WC)，而在熔炼WC硬质合金刀具，难免在钛屑WC刀具崩块，由钛屑或残钛回收时带HDI的存在也会严重降低钛合金零件的疲X射线可以检查出钛合金HDI。图3和图4分别显示了TCll钛合金锻件Mo夹杂和Ta夹杂。图4VAR熔炼后，纯Ta区域(白色)与钛 尽管通过熔炼过程的现场管理及原材料的严格控 率也在增加，但这些措施都无法从根本上解决钛合金夹杂物的问题，因此，必须从熔炼技术本身的改进来降低钛合金中的缺陷率，实现钛合金的高纯化。冷炉床熔炼技术独特的精炼水平可以有效地消除钛合金中的各类夹杂物，解决了长期困扰钛工业界和航空企业的一大难题，因此，冷炉床熔炼技术可以认为是钛合金熔炼技术发展史上的一次飞跃。 3等离冷炉床熔炼技术的特点 VAR熔炼工艺一直是钛合金熔炼的主要方法，对2次VAR工艺；对于3次VAR工艺。大量研究表明，VAR工艺消除钛合金中的20世纪80年代开始进行钛合金新的熔炼工艺——拎炉 (EBCHM－Electron Beam Cold Hearth Melting)和等离子冷炉床(PACHM—Plasma Arc Cold Hearth Melting)熔炼方法在消除钛合金的HDI和LDI[6～8]。特别是在美国1988年Iowa州的Souix城事件后，冷炉床熔炼技术开始在美国被广泛GEAE发动机公司于1988HM+VAR工艺生产航空发动机关键转子 3．1 VAR熔炼消除钛合金中夹杂物的局限性 VAR熔炼炉可以看作是一个封闭系统，电极材料(或)，无法将熔池与不熔物分离，从而无法过滤掉硬HDI。电极材料熔化后在高温段保留的时间很短，HDI充分熔化。Reddy测试TiN颗粒在1650静止Ti熔池条件下的熔解速度，0．004cm／min。Rudinger等研究了WC夹杂物VAR熔炼过程中的熔解情况，经1次VAR熔0．4mm尺寸的颗粒；经过2次VAR熔炼，90％左右的0．6mm尺寸的WC颗粒得以熔化，经过3VAR熔炼后，0．6mm尺寸WC颗粒能全部熔化掉，0．8mm及其更大尺寸