摘 要：对TB3 Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al 和TB6 Ti -10V-2Fe-3Al二种含铁钛合金采用低电压小电流进行三次熔炼的方式，进行铸锭内外质量及成份均匀性分析，研讨合金中的成分偏析及组织均匀性问题。
关键词：TB3、TB6铁钛合金 小电流 熔炼 宏观及微观偏析
1 冶金工艺分析
TB3和TB6二种合金都是近β合金，Mo、V、Fe是β稳定元素。近β合金的特点有以下几点：高的强度、塑性、韧性；低的相变点；小的流变应力；易出现β斑点，特别Fe元素在β-Ti中是有限互溶，故形成β斑点的几率比较大。在真空自耗电弧熔炼条件下，影响结晶偏析的的主要因素有：中间合金元素的分配系数（Fe元素的分配系数K=0.3）、熔池的深度和形状、冷却速度、结晶速度及方向、结晶前沿过渡区尺寸、电磁搅拌电流及时间等。也就是说控制Fe元素的宏观及微观偏析主要是制定相应的熔炼工艺参数，控制其凝固过程中等轴组织的区域。真空自耗炉熔炼铸锭时，等轴组织大部分是在息弧后形成的，由于铸锭在熔炼期间和电弧中断后的凝固方式及凝固方向不同，易于造成某些元素的偏析。另外铸锭等轴晶区体积的大小是由熔池的深度和形状决定的，熔池深度计算经验公式为：[7]
（D为铸锭的直径（m）；H为熔池的深度（m）；ν为熔化速度（kg/s））
由上式可知，熔化速度和熔池深度呈正比，故降低熔炼速度可以减少熔池深度，这样可以缩小等轴晶区域，从而防止元素偏析。故采取小电流熔炼，是本次熔炼生产大规格合金TB6及TB3防止成分偏析的关键。
2 试验熔炼参数的选定
本次采用的是三次熔炼，成品锭规格为Φ580，在进行二次熔炼后的铸锭Φ580采取快锻机开坯锻造成型（Φ500），再表面处理后进行三次熔炼。在熔炼过程中确保熔池到边的情况下，尽可能地采取小电流熔炼，降低熔炼速率，控制熔池的深度和形状。
3 铸锭结晶组织分析
经过二次熔炼后，从二次铸锭底部切片及经快锻机开坯后坯料上切片进行低倍分析，低倍结晶组织如图2、图3；成品铸锭经过锻造到相应火次后进行高位组织分析，高倍组织如图4、图5。
从半成品的低倍可以看出，经过二次熔炼后的组织比较均匀、光亮，没有存在明显的成分偏析现象；经过三次熔炼后锻造板坯的高倍组织图也同样可以看出α相在β基体上是均匀析出，并没有出现明显的白色或灰色的β斑缺陷，即没有或不明显存在β稳定元素Fe的偏析现象。
4 取样成分分析
从经过三次熔炼的成品铸锭侧面的五个部位取样及头部冒口端（100 mm）锯切后的端面进行九点取样，其分析数据及结果如下：
以下是TB6及TB3成品铸锭纵向成分分析数据（如图7，8）
以下是TB6和TB3成品铸锭冒口端即头部100 mm处九点取样横向成分分析数据。
从以上数据结果可知，TB6和TB3铸锭中的中间合金Fe元素在铸锭纵向分布很均匀，并没有出现大的波动；在铸锭横向分布上，TB6第三个点较其它点略有点高，但也在标准要求范围内，属于成分范围内正常波动（最大偏差错为0.22），不属于成分偏析现象，在真空自耗电弧熔炼时，铸锭由于局部的凝固和冷却速度范围宽，使得铸锭化学成分均匀性的控制十分困难，出现成分波动是很正常的。所以该次实验的二种合金铸锭不存在宏观上的偏析现象。
5 结语
（1）采用小熔炼电流（较其他同行降低4～7 kA电流），降低熔化速率，辅以适当的稳弧搅拌电流，对防止高铁钛近β合金或β合金中的铁元素在宏观及微观上的偏析是行之有效的；
（2）小电流熔炼铁钛合金能够较好地保证铸锭成分纵横向上的均匀性，从而获得高品质的产品；
（3）小电流熔炼含易出现偏析现象元素的合金是以后的熔炼研究方向。
参考文献
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