評(píng)價(jià)鈦及鈦合金鑄錠冶金質(zhì)量的好壞，主要有以下幾點(diǎn)：①化學(xué)成分均勻，各合金元素含量不僅達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而且要穩(wěn)定地控制在一個(gè)最佳的含量水平；②主要雜質(zhì)（Fe，O等）含量控制在適當(dāng)范圍，其它雜質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求；③鑄錠內(nèi)部無(wú)雜質(zhì)、偏析、氣孔、裂紋、縮孔和疏松等冶金缺陷；④鑄錠表面光滑，無(wú)冷隔、折皺等表面缺陷，頭部縮孔切除量小，鑄錠成品率高；⑤合理的形狀和精確的尺寸，適合壓力加工的要求，否則會(huì)增加工藝廢品，降低成品率。其中與熔煉工藝相關(guān)的冶金缺陷主要是第③點(diǎn)和第④點(diǎn)，即成分偏析和表面質(zhì)量。鈦合金中的偏析主要包括α偏析和β偏析兩大類(lèi)。在熔化過(guò)程中，鑄錠自下而上地在結(jié)晶器中連續(xù)凝固增高，冷卻條件、熔池形狀和深度等均不是一成不變的，合金元素在凝固結(jié)晶時(shí)的分配系數(shù)各異，這樣，不可避免地使合金元素或化合物在樹(shù)枝狀晶間畜集而形成偏析。偏析程度與原料質(zhì)量、粒度、合金元素在電極中的分布和分配系數(shù)、凝固速率、熔煉時(shí)的掉塊、熔池深淺、液相的自然和受迫運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散、晶粒尺寸及晶體形成的方式等諸多因素有關(guān)，還與具體操作工藝如熔煉速度、磁場(chǎng)攪拌等有關(guān)。

1、宏觀偏析

盡管VAR熔煉鈦合金的鑄錠偏析問(wèn)題與熔煉鋼和超合金的偏析問(wèn)題非常相似，但鈦合金仍具有其獨(dú)特的地方。近α合金和純鈦具有非常小的固液相區(qū)間，其凝固模式類(lèi)似于純金屬。只有β合金和近β合金的凝固模式具有枝晶界面。另外，鈦合金凝固時(shí)以固溶β晶粒的形式析出，一般不出現(xiàn)一次析出沉淀相。

α合金、近α合金和CPTi的凝固前沿為平面狀，凝固過(guò)程中只有出現(xiàn)宏觀偏析的可能性，在大截面的鑄錠中，注意控制Al和微量元素0，Fe，Cu的宏觀偏析。Al含量偏析主要是由補(bǔ)縮階段熔煉速度降低引起的Al揮發(fā)損失增加造成的。

β合金和近β合金的凝固前沿為枝晶狀，有可能出現(xiàn)一次枝晶間的微觀偏析。這種合金不易出現(xiàn)宏觀偏析，但可能出現(xiàn)β斑或環(huán)狀偏析。β斑是β穩(wěn)定元素較多的區(qū)域。環(huán)狀偏析的形成原因?yàn)?，在枝晶凝固前沿存在微量的溶質(zhì)富集，當(dāng)熔煉速度或功率變化時(shí)，凝固平衡被破壞而引起溶質(zhì)含量變化，同時(shí)引起凝固界面中溶質(zhì)含量變化。這種成分變化一般很小，低于10%溶質(zhì)含量。因此，環(huán)狀偏析的寬度也很小，一般低于100-300um。

2、微觀偏析

α偏析又可分為Ⅰ型偏析和Ⅱ型偏析。很早以前，人們?cè)谑褂免伈臅r(shí)就注意到材料中有一些徽小的α相富集區(qū)，這些區(qū)域硬度比基體硬度高很多，對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，N，O，C含量較高，人們稱(chēng)這類(lèi)缺陷為I型缺陷或硬α缺陷。它是由N，O等a穩(wěn)定元素局部富集且與鈦形成氮化物和氧化物而引起的。這類(lèi)化合物的特征是硬而脆。α偏析嚴(yán)重?fù)p害材料的疲勞強(qiáng)度和塑性，是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等用材致命性的缺陷。N，O，C的主要來(lái)源是海綿鈦及添入的廢料，或者是在制作自耗電極過(guò)程中，焊接帶入。其預(yù)防措施主要是嚴(yán)格控制海綿鈦質(zhì)量，提高自耗電極焊接過(guò)程的真空度和清潔度。

Ⅱ型缺陷是Al等α穩(wěn)定元素局部富集而引起的。主要發(fā)生在鑄錠上部，表現(xiàn)為局部的Al含量升高，人們又稱(chēng)這類(lèi)缺陷為軟α缺陷。這類(lèi)缺陷的硬度通常與基體硬度相差無(wú)幾，具有延伸性，不會(huì)因加工帶來(lái)裂紋，且較小的缺陷不會(huì)對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生影響。Ⅱ類(lèi)缺陷不是由于凝固偏析形成的，用傳統(tǒng)的凝固理論不能圓滿(mǎn)地解釋Ⅱ類(lèi)偏析。D. W.Tripp 等認(rèn)為是由于鑄錠中縮孔和空洞而引起的。由于在熱的鈦合金鑄錠中形成縮孔，在空洞內(nèi)部有少量的空氣，且空洞中的氣體壓力十分低。在這種情況下，鋁（或任何在高溫下具有相對(duì)高的揮發(fā)性的合金化元素）迅速?gòu)暮軣峥斩唇饘俦砻嬲舭l(fā)進(jìn)入空洞，當(dāng)達(dá)到露點(diǎn)時(shí)，蒸氣冷凝或同時(shí)在空洞較冷的表面處冷凝。這樣，空洞的某些表面可能形成鋁、錫或其它易蒸發(fā)元素的富集，而有些表面有可能形成這些元素的貧化。其預(yù)防措施是延長(zhǎng)補(bǔ)縮時(shí)間，但這樣又會(huì)增加這些元素的揮發(fā)損失，尤其是當(dāng)鑄錠直徑較大時(shí)。為了解決上述矛盾，可以采取在補(bǔ)縮位置增加元素含量以補(bǔ)償揮發(fā)損失或適當(dāng)?shù)販p少補(bǔ)縮時(shí)間等方法。

3、微觀偏析

Β穩(wěn)定元素含量較高的α+β兩相鈦合金、β合金和近β合金容易形成β偏析，其主要表現(xiàn)形式就是所謂的β斑，即β穩(wěn)定元素局部富集區(qū)。β斑的形成原因?yàn)?，在凝固過(guò)程中，在柱狀晶前沿出現(xiàn)等軸品，這些等軸晶簇沉淀在液態(tài)熔池底部，由于溶質(zhì)元素的平衡分配系數(shù)不同，等軸晶簇間的液態(tài)熔池中的溶質(zhì)元素含量出現(xiàn)偏析，并被保存下來(lái)所至。減少β斑的方法，可從以下三個(gè)方面考慮：其一，減小鑄錠的尺寸，使其迅速凝固；其二，把易于引起β斑點(diǎn)元素的含量降低，控制在近于標(biāo)準(zhǔn)的下限水平；其三，只要其他條件允許，可降低熔煉速度，盡量減小熔池深度。

4、合金元素貧化偏析

合金元素貧化偏析又稱(chēng)為亮偏析，主要表現(xiàn)形式為基體中合金元素的貧化。分析認(rèn)為，這類(lèi)偏析的原因主要與原料粒度過(guò)大、熔煉過(guò)程不正常掉塊以及焊接和熔煉時(shí)起弧料使用不當(dāng)有關(guān)。熔煉工藝參數(shù)以及電磁攪拌僅起一個(gè)輔助作用。對(duì)這類(lèi)偏析，一般采取增加電極機(jī)械強(qiáng)度、一個(gè)一次鑄錠熔化一個(gè)成品鑄錠、增加熔煉次數(shù)等措施，同時(shí)加強(qiáng)工藝監(jiān)督，穩(wěn)定工藝制度。