熔炼方式对TC17钛合金铸锭化学成分及棒

TC17钛合金名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，是一种综合性能优良的近β型两相钛合金，不仅具有较高的强度、断裂韧性、热稳定性和疲劳性能，而且淬透性高、热加工性能好，众多先进航空发动机的风扇和压气机整体叶盘锻件选用了该合金。
随着锻件整体化设计的发展，TC17钛合金锻件单重不断增加，为了保证同批次锻件的数量，对其铸锭熔炼单重提出了更高的要求。由于TC17钛合金含有4%的共析元素Cr和4%的高熔点元素Mo，导致其大规格铸锭成分均匀性控制难度极大，在工程化应用过程中棒材和锻件很容易出现“低倍亮斑”（β斑）等冶金问题，致使塑性和疲劳性能恶化。
研究人员对比了一次电子束冷床炉熔炼加一次真空自耗电弧炉熔炼（EBCHM+VAR）和三次真空自耗电弧炉熔炼（VAR）获得的Φ820mmTC17钛合金铸锭的成分均匀性，以及两种不同熔炼方式获得的TC17钛合金铸锭经相同工艺锻造得到的Φ250mm棒材的组织均匀性，以期探寻TC17钛合金大型优质铸锭合适的生产工艺，为TC17钛合金在我国航空转动件上的工业化应用提供技术支撑。
分别按照两种方案生产TC17钛合金铸锭。方案A：以0级海绵钛、Al-Mo-Cr三元中间合金和TC17钛合金块状返回炉料（含量大于50%）为原料，经2400kW的EBCHM得到规格为Φ736mm的一次锭后，再经VAR熔炼得到规格为Φ820mm的TC17钛合金成品铸锭。方案B：以0级海绵钛、Al-Mo-Cr三元中间合金为原料，经三次VAR熔炼得到规格为Φ820mm的TC17钛合金成品铸锭。
将经两种不同熔炼方式生产的TC17钛合金铸锭通过相同的锻造工艺加工成Φ250mm的棒材。对棒材进行（Tm+30）℃×2h/AC的β再结晶处理和（Tm-25）℃×2h/WC+630℃×6h/AC的近β固溶时效处理后，分别进行β再结晶组织检测和β斑检测。
结果表明，通过原材料控制和工艺参数设计，两种熔炼方式均可生产出化学成分均匀、杂质含量可控的Φ820mm大规格TC17钛合金铸锭，且EBCHM+VAR工艺在残钛回收方面具有优势；两种工艺得到的铸锭，经相同的锻造工艺可获得组织均匀的棒材，为航空转动件提供材料支撑。