第36卷第3期2019年6月Vet.36No.3Juce2019 Ti钛工业ifi展-FTANIUMTA15钛合金真空自耗电弧熔炼过程中的富钛偏析研究张飞奇，孙宝洋，李啥嫣，车伟(陕西天成航空材料有限公司，陕西咸阳712400)摘要：通过超声波探测、显微组织观察、能谱分析及显微硬度测试等一系列表征方法，分析了实际工业生产中TA15钛合金棒材出现的富钛偏析问题。
结果显示，富钛偏析区域经抛光腐蚀后呈亮白色，为a单相组织，合金元素较少，硬度低于基体。
结合熔炼工艺过程分析发现，由于一次锭起弧熔炼流较小，熔炼温低，中间合金提前熔化，少量海绵钛颗粒未熔熔池，产生富钛偏析。
并于二次熔炼时富钛偏析处于炉内焊接,重熔并不能将其完全消除。
通过减少或取消铸锭炉内焊接，以及对需要焊接的半成品铸锭底部进行车削处理，能够减钛合金中的钛偏。
关键词：钛合金；偏析；真空自耗电弧熔炼；海绵钛中图分类号：TG146.23文献标识码：A文章编号：1009A964(2019)03A38A4Research on Rich-titanium in TA18Titaniom Alloy duringVacuum Arc Remelting ProcestZhang FeiqA Sun Baoyang,Li Hanysn,Cha Wai(Shaanxi Tian Cheng Aerospace Co.,Ltd.,Xianyang712400,China)Abstraci:In this papor,tha industu pudlem of Uch-titanium s/mobUo wvs reqresexted by ultrasonic detection, micmstrnctum oUsemaSou,exerps s pectrum analysis and vickers-2arnness test.Tha results show thst Uch-titanium repiov hss tha characteristics of gloss whito aftar polisUing etch,a phase；lsch of bluy element and lowar of hyOiss compared with tha bass.Furthe/nore,combined with tha analysis of tha smelting process,A is found thst duo to tha smabor corrext in tha melting stags,so tha melting temperature is low,soma inte/nediata bloys are melted in anvadce,and v smalt amount of titanium spongo paUiclas are melted and felt into tha molten pool；resulting in titanium-Uch sevuybion.Moreovar,this sevuybion repiov,becoming also v welded paU ingot in tha chambar,cvnnot ba completety eliminated tom follow-2p remelting process.Rich-titanium seyuyb/n in t/anium bloy con ba mhuod by mducii or eliminating welding in tha ingot fuuisco and by tuuiing off tha bottom of tha semi-finisUed ingot.Key wof U s:titanium bloy；seyreyatiou；vvcvum arc remelting；titanium spongo0引言工业生产中钛合金铸锭通常是将海绵钛、中间合金等混合压，通过多次真空自耗电弧熔炼（VAR）的方式获得［］。
此种方法工艺灵活性高,低，但在真空自耗电弧熔炼过程中，由于中合金的纯净度及其在中的、熔炼时的、熔、熔炼艺条件的限制，容收稿日期：2013-09-14通信作者：张飞奇（1986—）,男，工程师。
易产生低密度夹杂、高密度夹杂和富集间隙夹杂等,钛合金零的［］。
而，-有关钛合金富钛偏析的，对于富钛偏析的体有得到研究J T。
TA15钛合金是一a型钛合金，具有中等的室温和高温，优良的热稳、抗蠕变、,以及良好的焊接，应用于航领域［5］。
本研究对TA15钛合金材中富钛偏析的特征及形，并提：进方案，以期为高品质TA15钛合金工业化生产提供第3期张飞奇等：TA16钛合金真空自耗电弧熔炼过程中的富钛偏析研究36借鉴。
1实验以0级海绵钛、A1-V合金、AUMo合金、铝豆、海绵错、TiO.、纯铁钉等为原料，采用VAR三次熔炼制备TA1钛合金铸锭。
经开坯、多道次锻造、轧加010mm的棒材。
采用Masterscan700M数声波探伤仪进行检测，发现其内部存在缺陷。
在缺陷处，并经加工制备025mm的TA15钛合金样品。
经打磨抛光后，的金相腐蚀液（HF、HNO、HO体积比为2：4：94）腐蚀约1s o采用OLYMPUS-GX71型研究级倒置金相组织进行观察；采用TESCAN VEGA3XMU扫描电子显微表面形貌观察，并用附带的能谱仪区；采用TUKON010型硬度测量仪进行硬度测量，载荷为50e,加载时间为34s。
2结果与分析0.2富钛偏析特征分析图1为TA13钛合金棒材的超声波探测图。
从图1可以看出，14.1，现明显的，说明在144.1mm深度处存在较大缺陷。
这是因为一般在金属基体中如果存在宏观偏析、裂纹或其他不连组织偏析时，声在基体与缺陷表面形射，从而岀现，并且随着缺陷扩大，杂峰变高。
/lajetgKtwa^e]图1TA16钛合金棒材的超声波探测图Fig.1Ultrasonic detection map of TAl titanium alloy U po TAl钛合金棒材缺陷截,并表面抛光与，得到缺陷的宏观形貌，2所示。
2可以明显看岀，中有一块的偏析组织。
于偏 的合金元素及组织与正常区域差大，酸溶液率而的图2TA1钛合金棒材缺陷部分的宏观形貌Fig.2Macro momholoea of defect paO of TAl titanium tloy bbo图3为TAl钛合金棒材不同区域的金相照片。
3可以看岀，偏的微观组织形貌为细小的d相等轴晶，而正常区域为常见的双态组织。
这是因为TA13为近d型钛合金，经过多火次锻造变形形组织，而缺陷区域由于合金元素偏析，在同样的工艺条组织转变为等轴晶。
图4TA1钛合金棒材不同区域的金相照片Fig.2Metallofrapps of diUerect reaions of TAl titanium alloy:(a)Och-titanAm seareaation reaion;(b)reaion图4和表1分别为TAl钛合金棒材不同区域的片及能谱结果。
从表1可以看,偏析区域的合金元素含量相比正常区域明显降低。
其中，偏析区域主元素—的质量分数达到931%，说明此处为富钛偏析,并且0稳定元素Mo、V含量极少，导致缺陷区域形成d相等轴组钛工业进展Titanium Industry Progress36卷40织，这与图3分析结果相一致。
图4TA15钛合金棒材不同区域的SEM照片及能谱采集区域Fig.4SEM micuymphs and enemy spectrum analysis uyiousof TAI5titanium alloy bar：(a)rich-titanium seyuyatiouuyiou；(b)norma-myion表1TA15钛合金棒材不同区域的能谱分析结果Tadte1Enemy spectrum salysis results of TA15titaniumbloy bar in diAeunt uyiousElementSeyreyatiou reyiou Norma-uyiouw/%兀/%w/%/%Ao0542057455479541Zr050105000.660539Mo0501050105770537V1539153125722548Tn98517975949052787.36图5为TA15钛合金棒材不同区域的维氏硬度值分布曲线。
从图5可以看出，正常区域的硬度值在3.4-3.42GPa之间，而偏析区域的维氏硬度值较低，在2.65〜3.05GPa之间。
为偏析区域为等轴a相，正常区域为组织，组织相轴a相具有更高的，到外力时会发生塑性变形，在等轴晶与片层组织间相'移，由于受到不同晶格结构以及片层，使得e d D ' s s o U P J e q S J O4 2a 4.00 3.75 3.50 3.25 3.00 2.75图5TA15钛合金棒材不同区域的维氏硬度值分布曲线Fig.5The v/heu-haiUness values distUbutiov comes of TA15 titanium alloy bar in the diAeunt uyious难移，的载荷下，将会具有更小的变形量，表现为具有更高的硬度。
2.2富钛偏析形成原因分析钛合金偏析的原因主要在于熔炼过程［］。
6为TA15钛合金一次锭熔炼过程的电流-时间工艺曲线。
5可以看出，起弧流由小到大，熔炼流稳定，热封顶（补缩））电流降低。
钛合金真空自耗熔炼以电弧为热源,其中电弧阳极区域温度最高，即金属液体表面的温图6钛合金一次锭熔炼过程中的电流-时间曲线Fig.6The cyruxt-time come of first ingot melting process of titanium agoyKoodmsPov等人［］在数值模拟过程中提出真空自耗炉中金属熔池表面温式：T二T l+^TUD）（1）式中，T为金属熔池表面温度，K；4T为超过金属液相线温度的值，K；T l为液相线温度，K；D为电直径，m；丿为熔炼电流，kA o其中，2（人D）表达式:△T（人D）=400、-12"6（2）由（1）和（2）式可见，电流与熔池表面温度成正比，由于熔炼的电流较小，相应熔池表面温低，由海绵钛与中间合金的在熔炼过程中，中间合金熔点低，将熔化，同时起弧端头温低，以完全熔化海绵钛颗粒，从而使得海绵钛颗粒到熔池中，大的海绵钛颗粒不会在熔池中完全熔化⑻，存在于铸锭底部。