钛合金真空熔炼VAR工艺中的缺陷---偏析

一直想聊聊熔炼偏析的话题，但是不知道从何入手。记得是2015年的时候第一次从客户端反馈异常“偏析”。那是我真正意义上的接触偏析，原来只在课本上见过偏析。

什么是偏析：偏析是合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象。通俗来说就是熔炼结束后各种元素混合不均匀。偏析是肉眼不可见得，只能通过显微镜来观察。

偏析严重损害材料的疲劳强度和塑性，是钛及钛合金材料用材致命性的缺陷。偏析导致材料内部成分不均匀，从而影响材料的强度、韧性和塑性。晶内偏析会使晶粒内部成分不均匀，导致合金的力学性能降低，特别是塑性和韧性降低。晶界偏析不仅降低合金的塑性和高温性能，还会增加热裂倾向。

‌钛及钛合金的偏析，一般来自熔炼偏析，还有一种偏析来自锻造。今天我主要聊聊钛及钛合金的真空熔炼(VAR).

钛及钛合金的偏析主要包括：

1低熔点元素偏析。如钛合金中的铝，由于铝熔点低于其他元素。真空熔炼时形成铝蒸气造成大量挥发，部分排出炉外，大部分聚在钛锭顶部，造成偏析。

为了改善这种偏析在配制合金包的时候，适量增加铝的量。一般的增加的量根据经验值，以及炉子的实际情况而定。

2高熔点、高密度元素偏析。由于熔炼温度低于该组元熔点，添加的该组元易呈固态掉入熔池，而熔池的温度或在熔池中停留时间短，不足以将其合金化造成偏析或夹杂，含钼或铌高的钛合金常易出现这类偏析。消除措施主要是采用中间合金配料或使用较细颗粒的高熔点元素等。

例如：TA15(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr)在添加钼元素的时候，需要使用纯钼粉并且搅拌均匀，在搅拌中混入海绵钛时单独添加。以保证钼不会形成大颗粒。

众所周知，钛及钛合金在熔化过程中采用的是真空熔炼技术(VAR)，铸锭自下而上的在坩埚中连续凝固增高，冷却然后从坩埚中吊出。相比其他的熔炼设备：电子束冷床熔炼炉（EB炉）等有价格低，安装简单等优点。但是在产品端就存在偏析的问题。这个问题是一直存在的。不可以消失，但是可以降低。如何降低偏析是一个比较系统的问题也是一个比较考验工作细节的问题，只有不断梳理相关的经验，对现有的数据分析，才能有效的降低钛合金熔炼偏析。