發(fā)布時間：2022年10月31日 09:31:19
金屬熔煉，可有效去除金屬中的金屬及非金屬夾雜、氣體等，提高金屬的純凈度，獲得致密金屬提高金屬的力學(xué)性能和加工性能。電子束冷床爐熔煉工業(yè)純鈦在高真空下進行，熔煉時的過熱溫度高維持液態(tài)的時間長，使工業(yè)純鈦的精煉提純作用能夠充分有效進行。
鈦鑄錠中最常見的夾雜有低密度夾(LDL，Low Density Inclusion）和高密度夾雜（HDI,Hi Density Inclusion）。低密度夾雜主要是由于海綿鈦添加的殘料等過程中以及不良的熔煉操作造成的間隙元素N、0、C污染。其中危害最大的是TiN.它能夠嚴重降低材料的抗疲勞性能，造成其加工件的失效，而且TiN的密度與鈦基體接近，晶體與鈦基體共格，無損探傷是不易被發(fā)現(xiàn)的。高修密度夾雜的主要來源是污染的鈦殘料和鑄錠或部件機械加工時產(chǎn)生的切屑中所包含的刀具上下來的微粒。通常的HDI夾雜物是鈷粘結(jié)的碳化鎢或單一型碳化鎢、鎢極氪弧焊時遺留的鎢電極頭等。
電子束冷床去除低密度夾雜，特別是TiN的主要機理是溶解。在常規(guī)熔煉過程中，熔池的溫度達不到熔化TiN的溫度。但是在電子束冷床熔煉中，熔體表面的過熱度和熔體在熔池中的滯留時間為TiN的溶解提供了有利的條件。隨著加熱熔化的進行，TiN的溶解主要經(jīng)過如下兩個階段：氮向基體擴散，出現(xiàn)針狀組織過渡層；TiN全部溶解并形成粗大的鑄態(tài)組織，與周圍的熔體混為一體。一般在熔煉過程中，TiN屬于雜質(zhì)所以相對數(shù)量較少，其溶解后不會造成熔體中氮含量有明顯的增加。
決定夾雜溶解的因素不僅有夾雜本身的特性，也有熔煉工藝參數(shù)。TiN夾雜的密度、孔隙度和熔池溫度、熔體流動速度等對溶解和重力分離去除有強烈影響。當夾雜粒子的密度與液態(tài)金屬的密度差別很大時，不論粒子的尺寸如何，也不論熔化速度如何，粒子總會消除；而當夾雜粒子的密度與液態(tài)金屬的密度在同一數(shù)量級時，熔化速度對粒子的溶解有決定性的影響，對于尺寸較大的粒子，必須降低熔化速度，以確保粒子溶解去除。熔體流動性(與熔化速度和熔池溫度直接有關(guān)）對夾雜溶解影響顯著，加大熔體的流動性，溶解速度明顯增加，強烈攪拌下氮化的海綿鈦和鈦粉的溶解速度可達正常情況下的10倍：熔池溫度對溶解速度也有強烈影響，因為增加溫度常伴隨熔池攪拌強度的增加，純鈦液中，溫度升高100℃，TiN的溶解速度提高1倍。
J P Bellot等研究了以TiN為代表的LDI在液態(tài)鈦合金中的溶解情況。通過熔池溫度、熔體對流對TiN溶解能力影響的研究表明，熔池過熱300℃可使TiN的溶解時間減少30%，TiN在湍流情況下溶解時間是滯流情況下溶解時間的1/10。這是因為氮的擴散系數(shù)與溫度成指數(shù)關(guān)系，溫度的徽小升高足以引起氮擴散系數(shù)的很大升高；湍流情況時，更有利于TiN顆粒中氮元素的擴散。
而高密度夾雜的密度和熔點都比鈦合金的高，通過電子束加熱溶解這些夾雜的方法已經(jīng)沒有多少作用，起主要作用的是夾雜粒子自身所受到的重力，使得夾雜粒子快速的沉積到凝殼和熔體的界面，被冷床凝殼捕獲而最終被去除。
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