电子束冷炉床熔炼（EBCHM）技术的发展与应用.pdf

电子束冷炉床熔炼（ＥＢＣＨＭ）技术的发展与应用７７电子束冷炉床熔炼（ＥＢＣＨＭ）技术的发展与应用ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＣｏｌｄＨｅａｒｔｈＭｅｌｔｉｎｇ田世藩，马济民（北京航空材料研究院，北京１０００９５）——ＴＩＡＮＳｈｉｆａｎ，ＭＡＪｉｒａｉｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ）摘要：本文系统总结了电子束冷炉床熔炼（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＣｏｌｄＨｅａｒｔｈＭｅｌｔｉｎｇ～ＥＢＣＨＭ）技术近四十年的发展脉络。详细介绍了电子束冷床炉熔炼的各主要方面，包括电子枪的改进，冷床炉结构演变和功能扩展以及消除钛合金冶金缺陷的独特优势、电子束冷床炉熔炼科学技术应用现状及当前的主要研究方向等。指出近年来ＥＢＣＨＭ技术在钛及钛合金工业生产中的应用持续稳定增长，除了钛的废料回收，消除钛的冶金缺陷提高合金质量，满足航空发动机转动部件要求，是主要的推动因素。可为广大钛冶金、材料应用工作者和设计人员提供有价值的参考。关键词：电子束熔炼；冷炉床；钛合金精炼中图分类号：ＴＦ８０４．３文献标识码：Ａ——文章编号：１００卜４３８１（２０１２）０２００７７０９—Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＣｏｌｄＨｅａｒｔｈＭｅｌｔ—ｉｎｇ（ＥＢＣＨＭ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｎｅａｒｌｙ４０ｙｅａｒｓ．ＴｈｅｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅＥＢＣＨＭｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｇｕｎ，ｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａ１ｆｏｒｍｓｏｆｔｈｅｃｏｌｄｈｅａｒｔｈａｎｄｔｈｅｉｒ—ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｘｐａｎｄｉｎｇ，ｔｈｅｕｎｉｑｕｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｅｆｅｃｔｓｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ．ａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｔｒｅｎｄｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＥＢＣＨＭａｓ—ｗｅｌｌ。ｈａｖｅｂｅｅｎｓｏｒｔｅｄｏｕｔａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｄｅｔａｉｌｅｄｗａｙ．ＩｔｉＳｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥＢＣＨＭｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＴｉａｎｄｉｔｓａｌｌｏｙｓｈａｓｂｅｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｔｅａｄｉｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔ’—ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａ１ｒｅａｓｏｎｆｏｒｔｈａｔｉｓｔｈｅＥＢＣＨＭＳｃａｐａｂｉｌｉｔｙｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｄｅ—ｆｅｃｔｓｉｎＴｉａｌｌｏｙｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｕｓｍａｋｅｓｉｔｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｏｔａ—ｔｉｎｇａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｔｈｉｓａｐｐｅａｒｓｔｏｂｅｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｔｈａｔａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｍｅｌｔｉｎｇ；ｃｏｌｄｈｅａｒｔｈ；ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｒｅｆｉｎｉｎｇ随着钛合金在航空工业中用量的迅速增长，合金的冶金质量显得越来越重要。据各国统计，不少飞行事故是由于钛合金部件的冶金缺陷导致提前失效造成的。这些缺陷与目前普遍采用的真空白耗电弧熔炼（ＶＡＲ）是分不开的。２０世纪七八十年代发展起来的电子束冷床炉熔炼（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＣｏｌｄＨｅａｒｔｈＭｅｌｔｉｎｇ－－ＥＢＣＨＭ）技术，后来也包括等离子冷炉床熔炼ＰＡＭ）是能较好消除钛合金冶金缺陷的熔炼方法。ＥＢＣＨＭ技术是一种把电子束和冷炉床结合，在高真空下进行熔炼的冶金技术。与真空自耗重熔——（ＶａｃｕｕｍＡｒｃＲｅｍｅｌｔｉｎｇＶＡＲ）不同，其主要特征是用一个可以进行精炼的冷炉床把原料或电极的熔化和铸锭浇铸分开。图１为电子束冷床炉示意图表明，以电子枪的强流电子束作为熔炼热源，使金属或合金熔化，熔融的金属液在特殊设计的冷炉床（即一种比较浅的狭长水冷铜质坩埚）流动，进行精炼、净化后流人铸模（即配置拉锭机构的水冷结晶器）顺序凝固结晶形成铸锭。完成了电子束冷炉床精炼（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＣｏｌｄＨｅａｒｔｈＲｅｆｉｎｉｎｇ－－ＥＢＣＨＲ）过程。铸锭经变形加工成为不同形状规格的材料，再制成最终产品。根据设备的容量和工艺要求，可以设置一支或多支电子枪，冷炉床也可以有不同结构设计保证其精炼净化功能的实现。８２材料工程／２０１２年２期ＴｉＮ分解速率决定了所需的停留时间。据Ｚａｎｎｅｒ的数据，直径巾６．４ｍｍ的ＴｉＮ颗粒，在过热度８３～１ＩＯ￣Ｃ的熔池分解所需的停留时间在１５～２１ｍｉｎ。此外这种夹杂物比重虽然小于高ｗ的夹杂，但仍大于熔融金属液，也趋向于熔池底部的凝固界面。４电子束冷床炉＋真空自耗（ＥＢＣＨＭ＋ＶＡＲ）圆锭的生产应用与硬一ａ夹杂显然，硬一夹杂得以在３×ＶＡＲ中仍然存在的原因分析，对于ＥＢＣＨＭ炉的冷床的设计改进有重要指导意义。随着１９８４年对优质钛合金需求增加，促使ＧＥＡＥ以冷炉床熔炼（ＣＨＭ）作为消除熔炼相关夹杂的一个主要手段。在１９８５～１９８７年间，用Ｔｉ一６／４和Ｔｉ＿１７合金半工业尺寸铸锭（各三个炉次）进行加入硬一ａ夹杂（按每公斤一颗的数量加入）的电子束冷炉床试“”验。结果表明，对于Ｔｉ一６／４合金，单室Ａ型炉可以“”消除，对于ＴＨ７合金，只在改进的第２代Ｂ型炉，即双室式加长的冷炉床试验后没有检出硬一ａ夹杂。这些实验证明冷炉床对硬一ａ夹杂的净化能力。１９８８年ＧＥＡＥ以ＥＢＣＨＭ＋ＶＡＲ工艺路线生产圆锭，用于轮盘、鼓筒、轴类等发动机转动部件的优质钛合金。这里增加ＶＡＲ能够更好地控制大型圆锭结晶组织改善表面质量，同时使轴向成分更加均匀。与３×ＶＡＲ工艺相比，外来的与熔炼相关的夹杂物，明显减少，特别是对于高密度夹杂物（ＨＤＩ）的去除十分有效，但是完全消除硬一ａ夹杂的问题要困难得多。１９９３年ＧＥＡＥ再次发现ＨＭ＋ＶＡＲ有硬一ａ夹杂后，全面审视由它主导的钛合金精炼总体战略和各项计划并再次确认，冷炉床熔炼（ＣＨＭ）工艺在提供重要转动部件优质钛合金方面具有长期优势＿１。在已经进行的ＥＢＣＨＭ设计改进和生产装置认证的同时，“”实施提高冷炉床熔炼工艺技术计划。这是一项着重工艺研究的全面计划，确定以熔炼４５３６ｔ钛，硬一ａ夹杂少于一个，作为重要的目标。电极制备工序中取消打磨，并把防止熔融钛的氮化作为重要研究内容。为此整合ＧＥＡＥ内外的力量，包括ＧＥ研究发展中心—（ＣｏｒｐｏｒａｔｅＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣＲＤ）和加拿大不列颠哥伦比亚大学（ＵＢＣ），以实验室的研究相互配合。工艺研究的内容包括：（１）对前述已经配置的各种传感器系统的研发和在ＥＢＣＨＭ工艺改进中的应用；—（２）运用计算流体力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ－－ＣＦＤ）对钛合金精炼过程模型化，改进或补充过去工艺研究中更多采用的经验处理方法；“”—（３）采用实验设计（ＤｅｓｉｇｎＯｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓＤＯＥ）的方法，在生产装置上用Ｔｉ一１７合金或ＣＰＴｉ进行冷炉床熔炼系统的操作研究；“”（４）冷炉床熔炼临界条件实验研究，对于不适合“”用实验设计方法进行的试验归于这一类，例如：颗粒通过炉床系统的停留时间研究；上浮研究，氮化的海绵钛在熔融的Ｔｉ＿１７合金液下沉、上浮或被带走的趋向；空气泄漏评价，熔炼时空气泄漏进入炉室产生氮化颗粒的潜在可能；（５）实验室研究，有氮化物分解研究；原材料压实致密化的影响；气相氮化的研究。相关试样的电子探针微区成分分析研究，等等。通过以上研究进一步加深对冷炉床熔炼中主导的精炼机制的认识。确认影响质量的关键参数，而先进传感器系统的成功应用，加强对这些过程参数的测控。“”冷床炉的实验操作还得益于前述的临界条件实验研究、熔炼系统操作研究和计算流体力学（ＣＦＤ）模型化。所有这些努力把硬一ａ夹杂出现的频率降到更低的水平，为发动机关键转动部件提供最好的钛材，打下牢固的基础。据Ｃ．Ｅ．Ｓｈａｍｂｌｅｎ，ＧＥＡＥ２００１年统计，仅用于航空发动机转动部件的电子束炉熔炼加真空白耗炉重熔（ＥＢＣＨＭ＋ＶＡＲ）的钛合金达１．８×１０ｔ；另据Ｄ．Ｗ．Ｔｒｉｐｐ（ＴＩＭＥＴ）数据，２５钛材由冷炉床生产。截至２００５年底仅Ｍｏｒｇａｎｔｏｗｎ工厂电子束熔炼累计生产的Ｔｉ及Ｔｉ合金达１１．３×１０ｔ。ⅢＧ．ＬＯｔｊｅｒｉｎｇ和Ｊ．Ｃ．Ｗｉａｍｓ［１３］着重指出，为把Ｉ型硬一ａ夹杂降至最低，对原材料和熔炼工艺采取许多限制性规定，明显减少钛合金产品中这类夹杂物缺陷的产生。当今熔炼５００ｔ钛，硬一ａ夹杂出现概率小于一个。然而，如果考虑到飞机发动机工业每年所需钛合金超过１０００ｔ，那么发现和消除这种夹杂物还是至关紧要。因此，消除硬一ａ夹杂物的研究仍然是一个不容忽视的重要课题。对于ＴｉＮ在液态钛中的分解问题乌克兰巴顿研究院也有专题研究报告＿１。５单一电子束冷床炉熔炼（ＥＢＣＨＭ）扁锭的生产应用大力发展单一电子束冷床炉熔炼（ＥＢｃＨＭ），是降低钛成本的重要战略举措，但它不仅是出于纯经济的考虑。避免因ＶＡＲ重熔再次引入硬一ｎ夹杂物，则是更重要的出发点。（１）纯Ｔｉ板。电子束冷炉床精炼对杂质的净化提—纯能力，最先在商业纯钛ＣＰＴｉ产品得到验证。电子束冷炉床熔炼纯钛，可以利用各种废料达到很高的纯电子束冷炉床熔炼（ＥＢＣＨＭ）技术的发展与应用８３≈净度，Ｔｉ９９．９９９，无夹杂物ｌ】］。ＥＢＣＨＭ可以直接生产大尺寸（８６０ｍｍ×１４２０ｍｍ）矩形扁锭，再直接轧制成板、带一类平面产品，生产效率高表面质量良好，是改善加工性能，提高产品收得率降低成本的关键因素，效益巨大，产量约占单一ＥＢＣＨＭ工艺的６０。其最新进展是薄扁锭生产，即一次熔炼生产两支薄的扁锭，锭厚度可在２５０ｍｍ左右，以促证板材性能所需的足够的变形量为准。初步数据表明薄扁锭的技术经济指标，进一步改善。—（２）Ｔｉ一６Ａ１４Ｖ装甲板。钛合金的单一电子束冷—炉床熔炼，曾经在Ｔｉ一６Ａ１４Ｖ圆形和矩形铸锭试验生产装甲用厚板成功演示＿１。。与纯钛熔炼相比钛合金的电子束熔炼必须控制好合金成分，主要是高蒸气压元素铝的挥发，保证铸锭轴向成分均匀。同时必须注意铸锭凝固控制和提高表面质量。对于成分相对简单的Ｔｉ－６Ａｌ一４Ｖ合金，按照宇航平面轧制产品标准进“行的试验是作为美国空军倡导的金属经济可承受合”作计划（ＭｅｔａｌｓＡｆｆｏｒｄａｂｉｌｉｔｙＩｎｉｔｉａｔｉｖｅＣｏｎｓｏｒｔｉｕｍ—ＭＡＩＣ）的一部分，由ＡＴＩ公司在最大的ＥＢＣＨＭ炉生产Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ合金扁锭。为了有效控制合金成分，先用海绵钛和中间合金进行试验以确定铝从熔融的液态合金中挥发的边界条件。这种挥发在炉室真空度达到０．１～１０Ｐａ［１时已经发生，受电子束功率、熔化速率和表面区域等参数的影响。实验中建立这些参数变化与铝挥发的关系。同时参照电子束熔炼钛合金多组元挥发结果的分析研究，来确定熔炼原材料的加入形式和扁锭熔炼工艺参—数。原材料为同一合金的车屑、海绵钛、ＡｌＶ中间合金和Ａｌ丸；配料成分应补偿Ａｌ的挥发损失。原材料精确称量混合并压制成￣１２５ｍｍ重２ｋｇ压块。在最后１／３的加料（约为４，４ＯＯｋｇ）中，加入烧伤的和氮化的海绵钛，以检验去除硬一ａ夹杂的能力。熔速约为ｌ＿０１５ｋｇ／ｈ。铸锭尺寸为：６６０ｒａｍ×１３７０ｍｍ，重１３４８０ｋｇ。铸锭的化学成分沿锭身长（未加入夹杂部分）每１２７ｍｍ取样，试验结果的统计分析列于表２。—铸锭的化学成分在Ｔｉ一６Ａ１４Ｖ标准范围以内，但Ａ１的波动大于２×ＶＡＲ的典型数据。轧制后的两种规格表２Ｔｉ－６ＡＩ－４Ｖ电子束冷炉床锭化学成分（质量分数／％）［１８３—Ｔａｂｌｅ２ＴｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＴｉ一６Ａ１４ＶＥＢＣＨＭｉｎｇｏｔ（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ／）［］ＭａｘｉｍｕｍＭｉｎｉｍｕｍＡｖｅｒａｇｅＳｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎ板材（厚度一５０．８ｒａｍ；２５．４ｒａｍ）取样，成分在合格范围，组织性能均满足标准要求。板材水浸超声探伤，按ＡＭＳ标准用２平底孔检测，无论加入或未加入氮化—颗粒的板材均未见夹杂缺陷信号显示。再次证明ＥＢＣＨＭ工艺去除高Ｎ海绵钛缺陷的能力。随后的三炉实验多处取样成分分析，杂质和气体含量（Ｆｅ，Ｎ，Ｏ，Ｃ，Ｈ）很低，Ａｌ的波动范围进一步缩小，其标准差分别为０．１４，０．０６，０．０８。超声纯净度、低倍及显微组织检验，以及拉伸、断裂韧性、疲劳性能达到或超过现行ＶＡＲ板材标准。收得率提高成本低于ＶＡＲ板材。弹道打靶试验结果良好。证明单一ＥＢＣＨＭ工艺是可行的。—（３）Ｔｉ一６Ａ１４Ｖ航空结构用厚板＿１］。本项应用是在装甲板应用的基础上进行的，受美国空军资助［１，在把单一ＥＢＣＨＭ熔炼的全尺寸（８６０ｍｍ×１４００ｍｍ）工业扁锭用Ａｌｌａｖａｃ标准轧板工艺生产不同规格的（１２．５，２５．４，５０．８，７６．２ｍｍ）厚板，制作机翼折叠铰合件和机翼带燃油箱固定杆的翼肋；测试更全面的性能，建立数据库，提供设计所需数据；制订单一电子束熔炼的钛薄板、带、厚板宇航材料标准（ＡＭＳ６９５４）。由于Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ用于飞机结构件，承受“”地面一飞行一地面循环载荷的作用，属于耐久性和损伤容限的应用条件，除了必须具有高的强度、刚性、抗腐蚀性和一定的温度能力外，还要求有好的疲劳强度和抗裂纹扩展能力。大型铸锭熔速以２２７Ｏｋｇ／ｈ熔炼持续１０ｈ，为控制Ａｌ含量整个铸锭中保持均匀，采取了包括对原材料化学成分均匀性的控制、数学模拟、控制反馈和操作经验在内的一系列措施。鉴于熔炼中Ａｌ的挥发因原材料形式不同有很大差异，确定了原材料的组成模式。熔速和停留时间对于Ａｌ的烧损影响很大，通过对进料速度、电子枪性能和熔炼真空度的精细控制保证熔速的均匀。为了控制好停留时间，电子束的扫描形式必须一致以保持均匀的熔池。为此制订了备用电子枪方案，减轻因电子枪部分失效或完全失效造成的影响，不致因一支枪的故障而使整炉料报废。化学成分是从实验的一个炉号中间坯的头尾（相当于铸锭的顶部和底部）取样进行分析，结果列于表３。表３显示，合金成分在标准的合格范围，相应的取样部位Ａｌ分别为５．７７和５．６８，头尾成分波动不大（＜Ｏ．１），但是均处于标准规定范围（５．５～６．７５）的中下限。熔炼表明，Ａｌ的收得率对熔速和进料电极棒熔化面的位置改变非常敏感，而连续进料的暂时停顿会使熔速不稳定。为此对装置的进料系统和进料电极棒的结构均作了必要的改进。值得注意的８４材料工程／２０１２年２期是，虽然大量使用返回料但合金杂质含量远低于标准的要求。对于Ａ１元素的蒸发与控制，日本＿２加拿大＿２朝和法国ｌ＿２进行过系统深入的研究。对不同规格板材进行全面分析实验结果表明：中间坯横低倍和板材超声检验，没有发现报废的缺陷，材料冶金质量优良。静强度和疲劳等与２×ＶＡＲ工艺板材相当，而所有规格板材的室温塑性和平面应变断裂韧性均有明显提高。这一现象值得列为专题在后续试验中进行深入研究。为了经济地生产出合金厚板，需要测试足够的性能数据，其统计处理的结果超过ＡＭＳ６９５４标准。以上情况表明，在熔炼和加工方面进—行必要的试验研究，可以使工艺进一步优化。ＥＢ—ＣＨＭ熔炼Ｔｉ一６Ａ１４Ｖ厚板作为飞机结构件的应用前景良好，在更大范围的应用也是可以预期的。由２００ｌ＿２００６年单一ＥＢＣＨＭ生产Ｔｉ一６Ａｌ一４Ｖ超过３３００ｔ［ｇ］。由于技术的发展，可以使用更高比例的（～９Ｏ）废料。新世纪以来世界范围新的ＥＢＣＨＭ炉建设中，２０１０年设备投入比２００５年增长了～７０以支撑钛产业的发展需求］。６电子束冷炉床熔炼（ＥＢＣＨＭ）数值模拟ＧＥＡＥ的电子束冷炉床熔炼（ＥＢＣＨＭ）数值模拟［ｇ的突出特点，是注意建立数学模型和数值模拟结果与模型的实验验证（包括在大型工业装置的实验验证）紧密结合，有很强的针对性。使数值模拟真正成为工艺过程分析和操作参数优化的强有力的实验工具。不仅实现了大型复杂装备可靠运行和工艺优化，解决合金熔体净化、夹杂物去除和合金元素的挥发控制等—关键技术问题，并在这些研究的基础上，加深了对ＥＢＣＨＭ实际冶金净化过程的认识，使ＥＢＣＨＭ熔炼建立在深入的科学知识的基础上。早期的研究围绕ＥＢＣＨＭ装置工艺实验开展，数值模拟存在的问题在于对模型处理和边界条件认知有一定难度。比如，熔池温度受电子枪功率的直接影响，但是进料方式不同（用颗粒料或电极料棒）对熔池温度影响很大。又如，电子束扫描形式、频率和聚焦等控制参数的优化等也存在困难。后来把模型分为精炼和铸锭两部分来处理，以３Ｄ模型描绘冷炉床几何形状，以轴对称模型描绘铸锭。而作为边界条件的熔池表面状态，在电子束轰击熔池的地方电子的动能转化为热能，有一小部分以背散射电子的形式失散，枪的效率约为７０。为了描述束功率在熔池表面分布，把电子束的运动确定为：（１）扫描形式及其重复速率和停留时间；（２）由一种扫描形式向另一种扫描形式的跃变；而扫描形式为单线、椭圆、矩形的一种组合。这些都有很好的启发和借鉴作用。除此以外，ＰＥＷＩ巴顿研究院（乌克兰）和ＡＦＲＩ空军研究实验室（美国）从元素蒸发观点，来预测ＥＢ－ＣＨＭ铸锭中元素的含量与分布＿２引。而ＥＮＳＭＮ（法国）和ＡＬＤ（德）通过数值模拟来优化操作控制ｌ＿２。７结束语电子束冷床炉熔炼（ＥＢＣＨＭ）技术近四十年的发展，已经超出了传统的冶金操作技术的范畴，成为当代战略金属钛冶金科学技术的一个重要发展前沿。是Ｔｉ等活性金属、合金提纯和净化能以经济的方式、工业化大规模生产的主要技术手段（也适用于高熔点金属合金）。是国民经济和国防建设中一种新兴的，具有重要战略意义的高科技材料产业。回收利用贵重战略—元素钛，有力推动了早期电子束冷床炉熔炼（ＥＢＣＨＭ）技术的发展和应用。而航空发动机转动部件高的设计可靠性要求，和严格的冶金质量标准，则是促进电子束冷炉床熔炼技术不断改进、发展并走向成熟的决定性因素。电子束冷床炉熔炼（ＥＢＣＨＭ）技术成功发展应用的根本原因，在于该项技术本身所蕴含的独特的技术经济优势，主要有：（１）能够单独调控钛合金处于熔融状态的时间，而不影响铸锭中凝固的那一部分金属液。从而创造更好的精炼条件，使富Ｎ、富Ｏ的夹杂物通过分解的方式去除使合金净化，又不致造成像ＶＡＲ铸锭那样深的熔池，导致熔质元素偏析；（２）自然地引人重力分离的机制，使采用返回料可能夹带的ＷＣ刀具碎块和电极焊接ｗ夹杂等高比重夹杂物下沉，落入冷炉床凝壳的糊状区去除而不致流入铸锭；电子束冷炉床熔炼（ＥＢＣＨＭ）技术的发展与应用８５（３）可以直接浇铸成非轴对称铸锭，例如扁锭、棒条等，比大型圆锭更适合轧制成平面产品（如厚板、薄板和条带），使产品更具竞争力；（４）能最有效地利用各种形式的返回料，有利于资源的保护和可持续地有效利用，有利于突破扩大使用钛的价格制约；（５）便于使用各种在线传感器，对熔化精炼过程进行实时的监测和控制，使这种复杂的高技术装置运行的稳定性、重复性有了可靠保证，更有利于工艺的优化。电子束冷床炉熔炼（ＥＢＣＨＭ）的技术进步，体现在先进装置和相应的操作软件的改进和密切结合，不可偏废。实现复杂合金的单一电子束冷床炉熔炼（ＥＢＣＨＭ）仍然是一项巨大的挑战。合理的学费付出是必不可少的。参考文献［１］Ｅ２］［３］［４］［５］［６］［７９［８］［９］［１０］［１１］［１２］［１３］［１４］ＥＮＴＲＥＫＩＮＣＨ，ＣＬＡＲＳＯＮＤＳ．ＥＢｒｅｆｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｓｕｐｅｒｃｌｅａｎｍｅｔａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＭｅｔａｌＰｒｏｇｒｅｓｓ，１９８６，（６）：３５３９．ＢＡＫＩＳＨＲ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｒｅｆｉｎｅｓｍｅｔａｌｐｕｒｉｔｙ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｅｓ，１９９２，１４２（６）：２５３２．—ＢＡＫＩＳＨＲ．Ｔｈｅｓｕｂｓｔａｎｃｅｏｆａｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｍｅｌｔ—ｉｎｇ８Ｌｒｅｆｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｔａｌｓ，１９９８，５０（１１）：２８３Ｏ．ＳＣＨＩＬＬＥＲＳ，ＨＥＩＳＩＧＵ，ＰＡＮＺＥＲＳ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｂｅｒｌｉｎ：ＶｅｒｌａｇＴｅｃｈｎｉｋＧｍｂＨ，１９８２．１３６．—ＥＲＢＫＡＭＭＷ，ＮＥＵＭＡＮＮＭ，ＷＥＮＧＥＬＥＢＤ．Ｔｈｅ１ａｔｅｓｔｄｅ—ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｙｏｎａｒｄｅｎｎｅｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｇｕｎｓ［Ａ］．ＢＡＫＩＳＨＲ．Ｅ—ｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｍｅｌｔｉｎｇ＆ｒｅｆｉｎｉｎｇ［Ｃ］．ＥｎｇｌｅｗｏｏｄＮＪ：ＢａｋｉｓｈＭａ—ｔｅｒｉａｌｓＣｏｒｐ，１９９６．９８１０９．ＳＨＡＭＢＬＥＮＣＥ．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｒｉｅｓＲｅｐｏｒｔＮｏＲ８９ＡｅＲＢ［Ｒ］．ＧＥＡＥ，１９８９．Ａｒｅｐｏｒｔｆｒｏｍｆａｒｎｂｏｒｏｕｇｈ：ＴＦ／Ａ一１８ｃｒｕｓｈｅｓｉｎＥｎｇｌａｎｄ［Ｊ］．ＡｖｉａｔｉｏｎＷｅｅｋ＆ＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８０，１１３（９）：２Ｏ．ＳＨＡＭＢＬＥＮＣＥ，ＨＵＮＴＥＲＧＢ．Ｔｉｔａｎｉｕｍｂａｓｅａｌｌｏｙｓｃｌｅａｎｍｅｌｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ａ］．ＬＨＥＲＢＩＥＲＣＷ，ＣＯＲＤＹＪＴ．ＰｒｏｃｏｆＶａｃｕｕｍＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＣｏｎｆ［ｃ］．Ｗａｒｒｅｎｄａｌｅ，ＰＡ：ＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＳｏｃｉｅｔｙ，Ｉｎｃ．，１９８９．３１１．ＴＩＬＬＹＤＪ，ＳＨＡＭＢＩＥＮＣＥ，ＢＵＴＴＲＩＩＩＷＨ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＭｅｌｔｉｎｇ＆Ｒｅｆｉｎｉｎｇ［Ｃ］．ＥｎｇｌｅｗｏｏｄＮＪ：ＢａｋｉｓｈＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏｒｐ，—１９９６．１９８２０５．ＳＨＩＭＩＺＵＦ，ＹＡＮＯＴ，ＵＩＬＭＥＭＯＴ０Ｙ，ｅｔａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｃｏｌｄｈｅａｒｔｈｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｒｅｆｉｎｉｎｇｏｆｒｅｆｒａｃｔｏｒｙｍｅｔａｌｓ［Ｊ］．—ＩＳＩＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９２，３２（５）：６５６６６３．——ＴＩＬＭＯＮＴＳ．ＨＡＲＫＨ．ＴＨＴＡｎＵｐｄａｔｅ［Ａ］．ＢＡＫＩＳＨＲ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＭｅｌｔｉｎｇ８ＬＲｅｆｉｎｉｎｇ［－Ｃ］．ＥｎｇｌｅｗｏｏｄＮＪ：ＢａｋｉｓｈＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏｒｐ，１９９６．１９１１９７．—ＭＩＴＣＨＩＬＬＡ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｒｅｆｉｎｉｎｇｏｆｔｉｔａｎｉ’—ｕｍａｌｌｏｙｓ［Ａ］．Ｔｉｔａｎｉｕｍ９８［ｃ］．Ｂｅｒｌｉｎ：ＳｐｒｉｎｇｅｒＶｅｒｌａｇ，１９９８．９１１Ｏ３．ＬＵＴＪＥＲＩＮＧＧ，ｗＩｕＩＡＭＳＪ．Ｔｉｔａｎｉｕｍ［Ｍ］．２ｎｄｅｄ．Ｂｅｒｌｉｎ：—Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ，２００７．６８７２．—ＭＩＴＣＨＥＬＬＡ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｒｅｆｉｎｉｎｇｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡ，１９９９，２６３—（２）：２１７２２３．［１Ｓ］ＧＲＩＧＯＲＥＮＫ０ＧＭ，Ｐ０ＭＡＲＩＮＹＭ，ＯＲＩＯＶＳＫＩＶＹ，ｅｔａ１．ＤｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｓｏｌｉｄＴｉＮｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｌｉｑｕｉｄｔｉｔａｎｉｕｍｄｕｒｉｎｇｍｅｌｔｉｎｇ［Ａ］．ＬＭＰＣ２００７［ｃ］．ＷａｒｒｅｎｄａｌｅＰＡ：ＴＭＳ，２００７．２３９—２４２．—［１６］Ｊ０ＮＡＴＨＡＮＳ，ＭＯＮＴＧＯＭＥＲＹＪＳ，ＷＥＩＬＳＭＧＨ．Ｔｉｔａｎｉ—ｕｍａｒｍｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｃｏｍｂａｔｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｔ—ａｌｓ，２００１，５３（４）：２９３２．———［１７］ＷＯＯＤＪＲ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