電子束和等離子束冷爐床熔煉是活性金屬和難熔金屬熔煉的兩種基本方式，這兩種工藝基本相似，只是熱源不同。在這兩種工藝中，原料首先在水冷銅床中熔化，然后，熔融金屬通過精煉區(qū)，最后通過澆鑄口進(jìn)入錠模，并在錠模中凝固。這兩種工藝均可利用各種各樣的原料，包括切削碎料，軋制、鍛造和其它工藝過程的返回殘料、切頭以及海綿鈦和中間合金。電子束冷爐床熔煉是在1.3X103Pa或更高的真空度下進(jìn)行的：那些高蒸氣壓元素(如鋁)在電子束熔煉的高真空氣氛下易于蒸發(fā)，因而必須增添這些元素以補(bǔ)償其揮發(fā)損失。目前電子束冷爐床熔煉生產(chǎn)的鑄錠可重達(dá)22.7t，能生產(chǎn)圓錠和方錠。工業(yè)純鈦或未合金化鈦常見的鑄錠尺寸為660mm X1320mmX4000mm，重16t。熔煉純鈦和鈦合金的熔化能力分別為3.6t／h，2.3/h。

 

冷爐床熔煉可以利用較低成本的原料，以降低鈦合金的成本，并且，只需一次熔煉。雖然上述每種工序都是人們所積極尋求的，但鑄錠未完全冷卻就直接進(jìn)行軋制還存在一定問題。因為一般用于軋制加工設(shè)備與熔煉現(xiàn)場相隔都比較遠(yuǎn)，且鑄錠在軋制前一般需車去氧化皮。對鈦爐床生產(chǎn)的直徑為76cm．重4000kg的Ti-6Al-4V鑄錠，在熔煉過程中，沿鑄錠方向每隔125mm取一個試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2。

 

表2 鑄錠的化學(xué)成分

　　　元素　　　   Al 　　　　 V 　　　   O

　　　平均 　　    6.28 　　　4.16　　 0.176

　　　標(biāo)準(zhǔn)偏差　 0.145 　　0.068　    0.004

　　　最大　　　 6.66 　　　4.25　　 0.181

　　　最小 　　　6.05 　　　3.97 　　0.166

　　　極差　　　 0.61　　　 0.28　　 0.015 

 

生產(chǎn)該鑄錠的原料組成為：31.6％的海綿鈦；62.4％的Ti-6Al—4V屑；其余為添加鋁和Al-V中間合金。首先將鑄錠表面車去約6mm，然后根據(jù)如下工藝制度在傳統(tǒng)的鋼鐵軋制設(shè)備上進(jìn)行軋制：

　?、賹㈣T錠加熱至1150℃，軋制成210mmX1030mmX 3810mm的方坯；

　?、谇谐?部分并加熱到940℃，軋制成25mm，38mm和64mm厚的板材；

　?、劢K軋退火為760℃，1h；

　　④每塊板切成2片，且最后全部經(jīng)帶式打磨。

這一工藝制度下，從鑄錠到鈦板最后得到的成品率為71％。當(dāng)產(chǎn)量較大、板材較厚時，從鑄錠到鈦板的成品率還可達(dá)到80％。成品率是決定最終成本及最終軋材價格的一個重要參數(shù)。測試表明，鈦板末端的縱向和橫向試樣的拉伸性能均超過了MIL-T-9046J AB-1級和MIL-DTL 46077F標(biāo)準(zhǔn)要求。對于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的鈦板，一般需經(jīng)固溶處理和時效處理，但是，對于裝甲應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)退火組織的防彈性能最好。www.nmware.com公司研究了退火溫度對Ti-6Al-4V合金防彈性能的影響，并對不同的形變熱處理工藝對Ti-6Al-4V合金防彈性能的影響進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，對于板材的抗彈性能，交叉軋制的優(yōu)于一般軋制的。α+β區(qū)軋制的優(yōu)于β區(qū)軋制的；不退火的好于退火的，α+β區(qū)退火的優(yōu)于β退火的，一旦β區(qū)退火后，再在α+β區(qū)退火，并不能恢復(fù)材料性能；軋態(tài)或退火態(tài)的好于固溶處理和時效態(tài)的。