冷床爐熔技術

　　真空自耗熔煉法(VAR法)是鈦工業中歷史最長的熔煉方法，在20世紀70年代中期成為鈦及鈦合金鑄造錠熔煉的主要方法。在20世紀80年代，鈦的冷床爐熔煉開始發展，首先是用電子束，然后是等離子束，隨后該技術快速發展并加入到了過去由VAR熔煉主導的工業領域中，已經出現一次可熔煉24噸的大型冷床爐。在美國，冷床爐熔煉方法，早已與真空自耗熔煉法平分秋色，并將處于主導地位。

　　冷床爐熔煉分為電子束冷床熔煉和等離子束冷床熔煉，前者適用于純鈦錠和典型鈦合金錠，如Ti6Al4V的熔煉。后者適用于復雜成分鈦合金的熔煉。

　　采用冷爐床熔煉，具有以下優勢:首先，可以采用多種形式的原材料，無需制備電極，減少了工序。其次，可以大量使用經濟的原材料，殘料添加比例可達100%，實現資源的循環利用;第三，能夠有效去除易揮發雜質以及高密度夾雜和低密度夾雜，提高鈦合金部件的疲勞性能;第四，可以生產圓錠、扁錠和空心錠。　　冷床爐熔煉技術在國外已經得到較廣泛的應用，但國外仍一直致力于該熔煉技術的研究與發展。

　　烏克蘭一直在研究直接采用鈦坨進行電子束冷床爐熔煉的技術，已在純鈦錠的熔煉方面取得成功，現在正在進行鈦合金錠熔煉的試驗研究。

　　美國則積極發展鈦錠一步法熔煉技術(singlestepelectronbeamcoldhearthmelting，EBSM)。經一次電子束熔煉的純鈦扁錠，已經成功地直接軋制成鈦板帶，并通過AMS標準的認可;至于鈦合金，10年前航空發動機制造商要求航空傳動件用鈦合金必須進行一次冷床爐熔煉后，出現了“冷床熔煉+真空自耗熔煉(Hearth+VAR)”法，并成為工業標準級的生產方法。但這一方法已在慢慢被突破。經一次電子束熔煉生產的Ti6Al4V合金已被制成了從裝甲到體育休閑的多種工業產品，并正在向航空領域過渡。美國空軍曾資助采用一次電子束熔煉的Ti6Al4V扁錠生產的板材進行系統研究，目的是代替多次VAR或“Hearth+VAR”板材產品，在軍用和民用領域得到推廣應用。研究結果表明，采用電子束一次熔煉的扁錠生產的Ti6Al4V板材，靜態和動態性能均超過現有標準規定的最小值。采用一次等離子束熔煉的扁錠生產的Ti6Al4V板材，也有同樣的結果。

　　與國際先進水平相比，我國鈦及鈦合金的冷床爐熔煉剛剛起步。目前我國鈦及鈦合金的熔煉，主要是真空自耗法，冷爐床熔煉比例十分低。近幾年引進的大噸位熔煉爐，主要是真空自耗熔煉爐。但就鈦工業技術發展趨勢而言，冷床爐熔煉方法將漸成主流。

　　因此，對于我國來說，在引進國外先進熔煉設備時，應對冷床爐設備予以更多的關注和重視。同時，積極開展鈦及鈦合金冷床爐熔煉技術的研究。我們可以引進設備，但具體工藝，還需我們摸索。

　　1、開展冷爐床熔煉技術的基礎性研究。在高真空的EB爐中，必然會出現Al、Mo、Cr等高蒸汽壓元素的蒸發損失，摸清合金元素揮發的動力學規律，建立合金成分揮發過程的數學模型，合理控制元素揮發并進行合金補償，確保既定的化學成分要求，是一個必須予以細致研究的課題。只有基礎性研究工作扎實充分，才能充分發揮電子束冷爐床的作用。相比之下，等離子束冷爐床更適合熔煉鈦合金。等離子槍是在接近大氣壓的惰性氣氛下工作，可以防止Al、Cr、Sn、Mn等高揮發性元素的揮發，化學成分控制相對容易。由此，我們也許可以考慮另一個問題，即是否可以利用電子束冷床爐與等離子冷床爐的優點，進行鈦合金的熔煉?如次采用等離子冷床爐熔煉電極，然后再在電子束冷床爐中熔煉。

　　2、開展鈦及鈦合金冷爐床熔煉工藝技術研究，摸清原材料—工藝參數—鈦錠品質之間的關系，逐步形成相關數據庫，建立完善的工藝技術文件。

　　3、對采用冷爐床熔煉的鈦及鈦合金錠生產的鈦材，開展深入細致的組織與性能研究，并與以往采用真空自耗熔煉的鈦材，進行對比分析，對冷爐床熔煉的鈦材作出工程適用性評定。

　　4、直接采用冷爐床熔煉的鈦扁錠，開展鈦板帶的工業試制及其應用研究;采用“冷床熔煉+真空自耗熔煉(Hearth+VAR)”的鈦合金錠，開展航空傳動件用鈦合金鍛件的工業性試制及其應用研究。　　可以相信，冷爐床熔煉技術將推動我國高端鈦產品的開發，并提升我國鈦工業的基礎技術水平。我們理應高度重視冷爐床熔煉技術的發展，并不斷提高冷爐床熔煉在我國鈦錠熔煉能力中的比重。