熔煉方式對TC17鈦合金鑄錠化學(xué)成分及棒材組織均勻性的影響研究

TC17鈦合金名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，是一種綜合性能優(yōu)良的近β型兩相鈦合金，不僅具有較高的強度、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性和疲勞性能，而且淬透性高、熱加工性能好，眾多先進航空發(fā)動機的風(fēng)扇和壓氣機整體葉盤鍛件選用了該合金。

隨著鍛件整體化設(shè)計的發(fā)展，TC17鈦合金鍛件單重不斷增加，為了保證同批次鍛件的數(shù)量，對其鑄錠熔煉單重提出了更高的要求。由于TC17鈦合金含有4%的共析元素Cr和4%的高熔點元素Mo，導(dǎo)致其大規(guī)格鑄錠成分均勻性控制難度極大，在工程化應(yīng)用過程中棒材和鍛件很容易出現(xiàn)“低倍亮斑”（β斑）等冶金問題，致使塑性和疲勞性能惡化。

研究人員對比了一次電子束冷床爐熔煉加一次真空自耗電弧爐熔煉（EBCHM+VAR）和三次真空自耗電弧爐熔煉（VAR）獲得的Φ820mmTC17鈦合金鑄錠的成分均勻性，以及兩種不同熔煉方式獲得的TC17鈦合金鑄錠經(jīng)相同工藝鍛造得到的Φ250mm棒材的組織均勻性，以期探尋TC17鈦合金大型優(yōu)質(zhì)鑄錠合適的生產(chǎn)工藝，為TC17鈦合金在我國航空轉(zhuǎn)動件上的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

分別按照兩種方案生產(chǎn)TC17鈦合金鑄錠。方案A：以0級海綿鈦、Al-Mo-Cr三元中間合金和TC17鈦合金塊狀返回爐料（含量大于50%）為原料，經(jīng)2400kW的EBCHM得到規(guī)格為Φ736mm的一次錠后，再經(jīng)VAR熔煉得到規(guī)格為Φ820mm的TC17鈦合金成品鑄錠。方案B：以0級海綿鈦、Al-Mo-Cr三元中間合金為原料，經(jīng)三次VAR熔煉得到規(guī)格為Φ820mm的TC17鈦合金成品鑄錠。

將經(jīng)兩種不同熔煉方式生產(chǎn)的TC17鈦合金鑄錠通過相同的鍛造工藝加工成Φ250mm的棒材。對棒材進行（Tm+30）℃×2h/AC的β再結(jié)晶處理和（Tm-25）℃×2h/WC+630℃×6h/AC的近β固溶時效處理后，分別進行β再結(jié)晶組織檢測和β斑檢測。

結(jié)果表明，通過原材料控制和工藝參數(shù)設(shè)計，兩種熔煉方式均可生產(chǎn)出化學(xué)成分均勻、雜質(zhì)含量可控的Φ820mm大規(guī)格TC17鈦合金鑄錠，且EBCHM+VAR工藝在殘鈦回收方面具有優(yōu)勢；兩種工藝得到的鑄錠，經(jīng)相同的鍛造工藝可獲得組織均勻的棒材，為航空轉(zhuǎn)動件提供材料支撐。