1 前言

　　Ti-6Al-4V(TC4)鈦合金是一種典型的α+β型兩相鈦合金，具有優異的綜合性能，大量應用于航空、航天、艦船、兵器、化工、醫療、體育休閑等領域[1?2]。世界上生產的鈦合金中，50%以上是TC4鈦合金，在宇航工業應用方面，TC4鈦合金的使用量占80%以上。TC4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[3?7]。鈦合金的成本主要取決于原料成本和熔煉、加工成本。為了降低成本，一方面采用廉價元素，降低原料成   本[8]；另一方面改進生產工藝，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，由于切頭、切邊、表面車削清理等加工需要，會產生大量的返回料。由于鈦合金返回料的成本只有一些篩選、破碎、清理帶來的附加成本，不到海綿鈦成本的三分之一。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[9]。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[10]。EBCHM有如下優點[11?13]：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，減少后續加工量。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、包覆后直接開坯軋制，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。

　　2 實驗

　　2.1  鑄錠熔煉

　　利用寶雞鈦業股份有限公司德國進口2 400 kW電子束冷床熔煉爐(ALD公司生產)熔煉扁錠。原材料主要由海綿鈦、Al-V中間合金、Al豆以及TC4返回料組成，其中返回料約占原材料總量的80%。返回料由公司返回料回收處理生產線進行專業化處理。采用水平進料方式，控制熔煉工藝參數1次熔煉成功TC4鈦合金扁錠。

　　2.2  板材軋制

　　板坯經表面處理、包覆后在1 200 mm可逆式熱軋機上進行開坯軋制。開坯后分單向和交叉軋制兩種工藝進行多火次軋制。累積相變點以上的變形量不低于50%，相變點以下變形量不低于70%，獲得8 mm厚度規格的板材。

　　2.3  檢測分析

　　板材經表面酸洗、真空退火處理后，加工成板材拉伸試樣。室溫拉伸試驗在INSTTON5885電子萬能材料實驗機上進行，金相組織觀察在蔡司金相顯微鏡(Axiovert 200mat)上進行。

　　3 結論

　　1) 采用電子束冷床熔煉爐(EBCHM)單次熔煉，成功制備出成分均勻的TC4鈦合金扁錠；板坯包覆后經多火次熱軋，試制出8 mm厚板材，板材的各項技術指標均達到GB/T 3621—2007和使用要求。

　　2) 單向軋制板材的室溫拉伸強度較交叉軋制的高，而伸長率略低；固溶+時效熱處理顯著提高板材的室溫拉伸強度。

　　3) 返回料均為正常添加量時，與真空自耗電弧熔煉(VAR)相比，EBCHM可節省原料成本約37%；而當返回料添加量相同時，用EBCHM扁錠制備板材比用VAR降低加工成本約43%。