1 偏析
鈦錠內部各部分化學成分不均勻或甚至含有夾雜物的現象稱為偏析,它往往導致鈦材力學性能不均勻。在偏析嚴重的情況下,甚至使鈦錠報廢或者必須再次熔鑄處理。偏析是在鈦錠結晶過程中形成的,因此,了解結晶與偏析的關系,選擇合適的熔煉工藝參數,以控制結晶條件,減少偏析程度是很重要的操作事項。
偏析大體分兩類,一類是區域偏析或宏觀偏析,經過酸浸蝕后用肉眼可見;另一類是微觀偏析或顯微偏析,只能在顯微鏡下才能觀察到。它們都可以歸納為化學成分偏析。
合金在凝固過程中都是在一定溫度范圍內完成的,不同時刻析出不同成分的固體。由于固態物質擴散很慢,結果造成溶質在凝固過程中的重新分配而形成偏析。偏析的大小與溶質在固液相中的分配有關。而這個平衡分配常數K.直接受到物質凝固速度的影響,并隨著溫度不同而異。
K0是指平衡時固液兩相中溶質濃度比,有:
K0=Cs(溶質在固相中的濃度)/C1(溶質在液相中的濃度)(1-1)
Ko=a(舉質K.也稱為偏析度。Ko>1稱為正偏析;K.<1稱為負偏析。而偏析系數為1-K.=(C1-Cs)/C1,偏析系數越大,偏析程度越大。不同元素在鈦中的溶解度不一樣,溶解度大的元素偏析小,溶解度小的元素偏析大。
鈦真空自耗電弧熔煉過程的凝固屬于標準凝固,定向(順序)凝固的過程達不到平衡態。在非平衡態下凝固過程會產生偏析,凝固后各成分濃度是不均勻的。一個(鈦)合金棒料順序凝固的成分變化如圖1-16所示。圖中c.為理論含量。這種長距離呈規律性的變化稱為區域偏析。鈦合金錠有偏析,純鈦錠也有偏析。可把工業級純鈦錠視為含雜質的(合金成分少的)鈦合金,因而也可以使鈦錠中雜質分布不均。
在鈦合金的熔煉中,當添加的合金組元與鈦的熔點和密度相差懸殊時也易發生偏析。鈦合金添加元素分類及主要性質見表1-2.
2 收縮
金屬液在冷凝過程中伴隨著體積的收縮,此種現象存在于從液態到固態、從高溫到低溫的整個熔煉過程中。收縮分為兩種,一種是集中收縮,在鈦錠中表現為冒口處的縮孔;另一種是分散收縮,即為鈦錠中的微縮孔,稱為疏松??s孔和疏松的存在會影響鑄錠質量,降低產品成材率。
實踐中為了消除或減少縮孔,常常在熔煉后期采用補縮的措施,可取得良好的效果。
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