Gr5 鈦合金板材從生產環節降低成本的方法

Ti-6Al-4V(Gr5)鈦合金是壹種典型的α+β型兩相鈦合金，具有優異的綜合性能，大量應用於航空、航天、艦船、兵器、化工、醫療、體育休閑等領域。

世界上生產的鈦合金中，50%以上是Gr5鈦合金，在工業應用方面，Gr5鈦合金的使用量占80%以上。Gr5鈦合金已成為世界上所有鈦合金牌號中品種規格較齊全、工業量最大的國際通用型鈦合金。然而，成本問題限制了其廣泛應用。世界各國，尤其是美、日、俄、中國等都在積極尋找降低成本的方法和工藝。鈦合金的成本主要取決於原料成本和熔煉、加工成本。為了降低成本，壹方面采用廉價元素，降低原料成本；另壹方面改進生產工藝，降低熔煉和加工成本。

目前，世界上提煉海綿鈦均采用Kroll法，尚無可行的低成本生產方法取代該方法，因此，在海綿鈦生產技術未取得重大突破之前，僅通過使用價格低廉的合金化元素的方法難以使鈦合金成本大幅降低。然而，鈦合金生產過程中，由於切頭、切邊、表面車削清理等加工需要，會產生大量的返回料。由於鈦合金返回料的成本只有壹些篩選、破碎、清理帶來的附加成本，不到海綿鈦成本的三分之壹。若能在合金制備過程中大量利用返回料，則可以顯著降低成本。常規生產流程制備的鈦合金板材的成本構成中，海綿鈦成本占總成本約40%，合金化元素的成本僅占總成本6.7%；熔煉和變形加工成本分別各占總成本約20%和約26%。因此，降低原料成本且縮短加工流程是降低鈦合金成本的有效途徑。此外，目前常用的鈦合金熔煉工藝是真空自耗電弧熔煉(VAR)，采用該工藝需要預先壓制電極。為保證電極的強度，返回料僅能少量地添加到電極中，回收利用率受到限制，降低成本作用有限。電子束冷床熔煉(EBCHM)技術的日趨成熟為鈦合金的低成本化制備提供了重要的技術途徑。EBCHM有如下優點：

1)較好地消除高、低密度夾雜，可獲得組織均勻的鑄錠；

2)可100%利用返回料，而生產Ti-6Al-4V合金的VAR只能利用30%以下的返回料；

3)可1次熔煉成錠；

4)可生產扁錠，減少後續加工量。本研究采用EBCHM代替傳統的VAR，通過大量添加返回料，單次熔煉生產TC4鈦合金扁錠；扁錠表面處理、包覆後直接開坯軋制，制備8 mm厚TC4鈦合金板材；同時將VAR和EBCHM鑄錠制備板材的制造成本進行了對比。

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