真空自耗電弧爐熔煉鈦合金鑄錠鎢夾雜來源分析及對策

目前，鈦及鈦合金的熔煉方法除了非自耗電弧熔煉、真空感應(yīng)熔煉、電子束和等離子冷爐床熔煉、電渣熔煉、感應(yīng)渣熔煉外，最為主要的是真空自耗電弧熔煉（VAR）。

VAR法的優(yōu)點在于設(shè)備投資和運行成本較低、操作技術(shù)簡單，生產(chǎn)出的鈦材成分均勻性好。但該方法也存在固有的缺點，如果生產(chǎn)過程控制不當(dāng)，會產(chǎn)生嚴重的質(zhì)量問題，尤其是高密度夾雜缺陷，這些材料與鈦相比熔點和密度較高，難以熔化，并沉積在熔池底部，夾雜和合金基體嚴重不相容，加工過程中會導(dǎo)致界面上產(chǎn)生空缺和裂紋，對產(chǎn)品的使用性能會造成致命性的影響。已發(fā)現(xiàn)的高密度夾雜有兩種類型：難熔金屬（W、Mo、Ta和Nb）和其金屬化合物（WC，TiW）等。科研人員針對常見的鎢夾雜的來源進行分析，并提出了消除的對策。

實驗材料為TC4（名義成分為Ti-6Al-4V）汽輪機葉片和70mm厚板材，將有缺陷部位取出后進行測試研究。

研究發(fā)現(xiàn)，真空自耗電弧爐熔煉鈦合金鑄錠鎢夾雜有兩種來源。一種為在原材料中添加的殘料中混入了含鎢硬質(zhì)合金刀具碎塊。試驗發(fā)現(xiàn)在熔煉鑄錠時所使用的原材料中添加了少部分使用車床加工的殘鈦屑料，而在用車床加工鈦合金坯料時，使用的刀具為含有W和Co元素的YG8硬質(zhì)合金刀片，YG8硬質(zhì)合金是采用粉末冶金方法生產(chǎn)的硬脆性材料，當(dāng)在車削加工過程中受到強烈沖擊時，該刀片會發(fā)生崩裂、掉塊的現(xiàn)象,從而混入殘鈦屑料中。另一種來源為生產(chǎn)過程中焊接設(shè)備起引弧作用的鎢電極跌落引入。由于在自耗電極的焊接過程中，要使用真空等離子焊箱及爐外手工等離子焊機，焊箱及焊機槍頭部分起弧用的電極均為純鎢電極外包銅保護罩結(jié)構(gòu)，等離子焊箱內(nèi)焊槍頭鎢極距離銅套平面7～10mm，爐外等離子焊槍槍頭鎢極距離銅保護罩平面約10mm。鎢電極在使用過程中損耗極小，其使用壽命一般長達幾個月。在焊接過程中鎢電極只起引弧作用，一般不會直接與自耗電極接觸，這表明出現(xiàn)鎢夾雜的問題不應(yīng)是普遍現(xiàn)象。但由于鎢電極是脆性材料，不排除在長期的使用過程中與其它物體碰撞發(fā)生脆斷而跌落進入焊縫的可能性，也有可能是因為鎢電極非正常伸出銅保護罩在焊接過程中粘附在自耗電極焊縫上造成。

根據(jù)真空自耗電弧爐熔煉鈦合金鑄錠鎢夾雜來源的分析，研究人員提出了以下對策：對于通過屑料添加引入的鎢夾雜問題，可以通過對殘鈦屑料增加磁選設(shè)備、人工挑選工序的方法，將混入殘鈦中的異物、尤其是刀具碎塊徹底清除干凈。對于由于等離子焊接引入的鎢夾雜問題，為了徹底消除鎢極可能產(chǎn)生的鎢夾雜隱患，改進措施為：（1）將等離子焊箱槍頭鎢極改為銅極；（2）焊接工序全部在等離子焊箱內(nèi)完成，取消爐外手工等離子焊工序。這樣就可以完全避免鎢電極進入鑄錠的可能性。

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