真空自耗熔炼工艺参数选择

A 熔炼功率
在真空自耗电弧熔炼时，用于金属熔化时的功率仅占总输入功率的30%~50%,有50%~70%的功率以各种形式损失掉。其中包括金属挥发损失、电极热损失、金属表面热损失和液体金属导热损失。熔炼所需的总输入功率可按下述经验公式计算：
P总=P熔/ŋ=IU
式中
P总－熔炼所需的总输入功率，kW·h;
P熔－金属熔化所需功率，
ŋ-热效率，一般为30%~50
I-电弧电流，kA;
U-电弧电压，V.
真空自耗电弧熔炼钛的电压通常为28~40V,惰性气体保护熔炼的电压比真空熔炼高6~8V.随着电流的增大，电弧电压略有升高。钛自耗熔炼时电流与电压的关系如图1-40所示。

熔炼电流是真空自耗熔炼的重要参数，它与被熔炼材料、铸锭直径、坩埚与电极直径比、炉内压力、极性、炉子结构及电源类型有关。熔炼电流大小除决定金属的熔化速率和熔池的温度外，还直接影响熔池的形状、体积和深度。电流越大，金属熔化速率越大，铸锭表面质量越好。同时，随着电流的增加，金属熔池深度增加，引起铸锭组织变坏：粒状晶粗大、径向发展、疏松和偏析程度增加。熔炼电流小，则熔化速率低，金属熔池浅，柱状晶细小且轴向发展，有利于获得疏松程度小、成分偏析小、结晶构造致密的铸锭。
钛及钛合金熔炼电流与坩埚直径的关系如图1-41所示。图中各点的数据为熔炼实例。

在熔炼过程中，电弧供热除了供电极料熔化外，还需要为熔炼区域维持适当的温度。因此，熔炼初期，需要为整个炉体升温和散热提供更多的热能；熔炼中期已经维持了较长时间的热平衡，到熔炼后期可适当减少提供的热能。因此，为了维持恒定的熔炼区温度，需要分阶段提供电热弧，即分段提供不同的电功率。熔炼电流是影响电功率的最敏感参数。因此，实践上常采用如图1-42所示的电流与时间的关系曲线。当熔炼中期较长时间选用某一电流时，在熔炼初期适当地增大电流；熔炼后期适当地减小电流。

钛及钛合金自耗熔炼时的参数及炉子效率见表1-21.

B 熔炼速度
真空自耗熔炼的速度与熔炼的电流大小有关。熔炼速度与电流的关系如图1-43所示。在保证铸锭质量的前提下，提高熔速有利于增加生产效率。提高熔炼速度的主要方法是增加电压和电流，一般以增加电流为好。

C 坩埚比
电极直径与坩埚直径之比简称坩埚比，它是影响铸锭质量和安全生产的重要参数之一。对于钛而言，坩埚比一般在0.625~0.88之间。真空自耗熔炼时坩埚直径与最小间隙的关系如图1-44所示。

目前有采用大断面电极的倾向。大断面电极的优点在于电弧热能均匀地分布在整个熔池表面，使金属熔池呈扁平状，增加了熔池固液两相区的温度梯度，有利于获得成分偏析小、致密度高的优质铸锭。
D 熔炼真空度
钛及钛合金的熔炼真空度一般为0.1~1.0Pa.
E 搅拌电流
金属熔池的旋转对铸锭质量既有好的作用，也有坏的影响。合适的搅拌电流可以细化晶粒，减轻结晶偏析的程度。通常是根据所熔炼的合金来确定搅拌电流的大小和频率。一般来说，有正偏析特征的组元的钛合金，在二次重熔时，选择较低的频率和较小的搅拌电流。
F 底垫
熔炼时，必须在铜坩埚底垫座上放置足够的同牌号钛或钛合金底垫，俗称起弧料。它的作用是起弧时防止烧伤坩埚以及防止铜蒸气污染钛锭。
G 熔炼次数
一般采用两次自耗铸锭出成品，也有极少数钛合金需要三次熔炼。
H 一次锭处理
一次锭一般不必平头和扒皮，只需轻刷表面附着物即可转入二次熔炼。如果一次锭锭冠过高时，才需用切削加工方式平头。
I 补缩
熔炼完毕后，锭冠处的熔池即成为锭端的缩孔。缩孔越大，钛锭成品率越低。为了提高钛锭成品率必须减少缩孔，这对于工业生产中的大型钛锭是特别重要的。该作业工序简称补缩。
在熔炼封顶期需要采取补缩措施，通常采用多级降电流补缩。补缩的具体工作曲线应根据实际电极预留量和熔池情况做适当的调整，以期在补缩终了时电极恰好耗尽。这都是实践经验数据，补缩操作实例如图1-45和图1-46所示。

J 充氩重熔
对于TC1和TC2等钛合金，采用二次自耗熔炼工艺很难保证化学成分合格，而且锰在锭中分布也很不均匀。只有改变工艺，将真空熔炼获得的一次锭在二次再熔炼时采用充氩重熔，则能有效地控制其中高挥发性组元锰的挥发损失率，而且锰在锭中的分布均匀，大大提高成品率。
充氩重熔过程是：在真空下起弧、熔炼至熔池形成充满时，在不断弧的情况下关闭抽空阀门停止抽空，向30%、电压6~8V,熔炼便转入正常。
钛及钛合金真空自耗电弧熔炼工艺参数炉内充氩10~20kPa压力。稍后短时间出现熔速很低的情况，随之相应提高电流25%~实例详见表1-22和表1-23.

 亿沐鑫新材料产品分类：钛棒、钛管、钛板、钛阳极、钛箔钛带、钛法兰、钛丝、钛靶材、钛设备、钛饼钛环、钛标准件、钛加工件