熔炼钛锭凝固时的偏析和收缩

1 偏析
钛锭内部各部分化学成分不均匀或甚至含有夹杂物的现象称为偏析，它往往导致钛材力学性能不均匀。在偏析严重的情况下，甚至使钛锭报废或者必须再次熔铸处理。偏析是在钛锭结晶过程中形成的，因此，了解结晶与偏析的关系，选择合适的熔炼工艺参数，以控制结晶条件，减少偏析程度是很重要的操作事项。
偏析大体分两类，一类是区域偏析或宏观偏析，经过酸浸蚀后用肉眼可见；另一类是微观偏析或显微偏析，只能在显微镜下才能观察到。它们都可以归纳为化学成分偏析。
合金在凝固过程中都是在一定温度范围内完成的，不同时刻析出不同成分的固体。由于固态物质扩散很慢，结果造成溶质在凝固过程中的重新分配而形成偏析。偏析的大小与溶质在固液相中的分配有关。而这个平衡分配常数K.直接受到物质凝固速度的影响，并随着温度不同而异。
K0是指平衡时固液两相中溶质浓度比，有：
K0=Cs(溶质在固相中的浓度）/C1（溶质在液相中的浓度）（1-1)
Ko=a(举质K.也称为偏析度。Ko>1称为正偏析；K.<1称为负偏析。而偏析系数为1-K.=(C1-Cs)/C1，偏析系数越大，偏析程度越大。不同元素在钛中的溶解度不一样，溶解度大的元素偏析小，溶解度小的元素偏析大。
钛真空自耗电弧熔炼过程的凝固属于标准凝固，定向（顺序）凝固的过程达不到平衡态。在非平衡态下凝固过程会产生偏析，凝固后各成分浓度是不均匀的。一个（钛）合金棒料顺序凝固的成分变化如图1-16所示。图中c.为理论含量。这种长距离呈规律性的变化称为区域偏析。钛合金锭有偏析，纯钛锭也有偏析。可把工业级纯钛锭视为含杂质的（合金成分少的）钛合金，因而也可以使钛锭中杂质分布不均。

在钛合金的熔炼中，当添加的合金组元与钛的熔点和密度相差悬殊时也易发生偏析。钛合金添加元素分类及主要性质见表1-2.

2 收缩
金属液在冷凝过程中伴随着体积的收缩，此种现象存在于从液态到固态、从高温到低温的整个熔炼过程中。收缩分为两种，一种是集中收缩，在钛锭中表现为冒口处的缩孔；另一种是分散收缩，即为钛锭中的微缩孔，称为疏松。缩孔和疏松的存在会影响铸锭质量，降低产品成材率。
实践中为了消除或减少缩孔，常常在熔炼后期采用补缩的措施，可取得良好的效果。

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