单次熔炼生产TC4钛合金扁锭实现钛合金板的低成本技术

电子束冷床熔炼（EBCHM）技术的日趋成熟为钛合金的低成本化制备提供了重要的技术途径。EBCHM有如下优点：1）较好地消除高、低密度夹杂，可获得组织均匀的铸锭；2）可100%利用返回料，而生产Ti-6Al-4V合金的VAR只能利用30%以下的返回料；3）可一次熔炼成锭；4）可生产扁锭，减少后续加工量。研究人员采用EBCHM代替传统的VAR，通过大量添加返回料，单次熔炼生产TC4钛合金扁锭。扁锭表面处理、包覆后直接开坯轧制，制备8mm厚TC4钛合金板材。同时，将VAR和EBCHM铸锭制备板材的制造成本进行了对比。

利用某公司德国进口2400kW电子束冷床熔炼炉熔炼扁锭。原材料主要由海绵钛、Al-V中间合金、Al豆以及TC4返回料组成，其中返回料约占原材料总量的80%。返回料由返回料回收处理生产线进行专业化处理。采用水平进料方式，控制熔炼工艺参数一次熔炼成功TC4钛合金扁锭。

板坯经表面处理、包覆后在1200mm可逆式热轧机上进行开坯轧制。开坯后分单向和交叉轧制两种工艺进行多火次轧制。累积相变点以上的变形量不低于50%，相变点以下变形量不低于70%，获得8mm厚度规格的钛板材。

钛板材经表面酸洗、真空退火处理后，加工成板材拉伸试样。室温拉伸试验在NSTTON5885电子万能材料实验机上进行，金相组织观察在蔡司金相显微镜（Axiovert 200mat）上进行。试验结果表明：

（1）采用电子束冷床熔炼炉（EBCHM）单次熔炼，成功制备出成分均匀的TC4钛合金扁锭。板坯包覆后经多火次热轧，试制出8mm厚板材，板材的各项技术指标均达到GB/T 3621-2007和使用要求。

（2）单向轧制板材的室温拉伸强度较交叉轧制的高，而伸长率略低，固溶+时效热处理显著提高板材的室温拉伸强度。其中经950℃，1h，水淬+540℃，4h，炉冷处理后板材的屈服强度和抗拉强度最大，且没有明显的塑性下降。

（3）返回料均为正常添加量时，与真空自耗电弧熔炼（VAR）相比，EBCHM可节省原料成本约37%。而当返回料添加量相同时，用EBCHM扁锭制备板材比用VAR降低加工成本约43%。

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