电子束和等离子束冷炉床熔炼是活性金属和难熔金属熔炼的两种基本方式，这两种工艺基本相似，只是热源不同。在这两种工艺中，原料首先在水冷铜床中熔化，然后，熔融金属通过精炼区，最后通过浇铸口进入锭模，并在锭模中凝固。这两种工艺均可利用各种各样的原料，包括切削碎料，轧制、锻造和其它工艺过程的返回残料、切头以及海绵钛和中间合金。电子束冷炉床熔炼是在1.3X103Pa或更高的真空度下进行的：那些高蒸气压元素(如铝)在电子束熔炼的高真空气氛下易于蒸发，因而必须增添这些元素以补偿其挥发损失。目前电子束冷炉床熔炼生产的铸锭可重达22.7t，能生产圆锭和方锭。工业纯钛或未合金化钛常见的铸锭尺寸为660mm X1320mmX4000mm，重16t。熔炼纯钛和钛合金的熔化能力分别为3.6t／h，2.3/h。

 

冷炉床熔炼可以利用较低成本的原料，以降低钛合金的成本，并且，只需一次熔炼。虽然上述每种工序都是人们所积极寻求的，但铸锭未完全冷却就直接进行轧制还存在一定问题。因为一般用于轧制加工设备与熔炼现场相隔都比较远，且铸锭在轧制前一般需车去氧化皮。对钛炉床生产的直径为76cm．重4000kg的Ti-6Al-4V铸锭，在熔炼过程中，沿铸锭方向每隔125mm取一个试样进行化学成分分析，结果见表2。

 

表2 铸锭的化学成分

　　　元素　　　   Al 　　　　 V 　　　   O

　　　平均 　　    6.28 　　　4.16　　 0.176

　　　标准偏差　 0.145 　　0.068　    0.004

　　　最大　　　 6.66 　　　4.25　　 0.181

　　　最小 　　　6.05 　　　3.97 　　0.166

　　　极差　　　 0.61　　　 0.28　　 0.015 

 

生产该铸锭的原料组成为：31.6％的海绵钛；62.4％的Ti-6Al—4V屑；其余为添加铝和Al-V中间合金。首先将铸锭表面车去约6mm，然后根据如下工艺制度在传统的钢铁轧制设备上进行轧制：

　　①将铸锭加热至1150℃，轧制成210mmX1030mmX 3810mm的方坯；

　　②切成3部分并加热到940℃，轧制成25mm，38mm和64mm厚的板材；

　　③终轧退火为760℃，1h；

　　④每块板切成2片，且最后全部经带式打磨。

这一工艺制度下，从铸锭到钛板最后得到的成品率为71％。当产量较大、板材较厚时，从铸锭到钛板的成品率还可达到80％。成品率是决定最终成本及最终轧材价格的一个重要参数。测试表明，钛板末端的纵向和横向试样的拉伸性能均超过了MIL-T-9046J AB-1级和MIL-DTL 46077F标准要求。对于结构应用的钛板，一般需经固溶处理和时效处理，但是，对于装甲应用，研究发现退火组织的防弹性能最好。www.lh-ti.com公司研究了退火温度对Ti-6Al-4V合金防弹性能的影响，并对不同的形变热处理工艺对Ti-6Al-4V合金防弹性能的影响进行了评价。结果表明，对于板材的抗弹性能，交叉轧制的优于一般轧制的。α+β区轧制的优于β区轧制的；不退火的好于退火的，α+β区退火的优于β退火的，一旦β区退火后，再在α+β区退火，并不能恢复材料性能；轧态或退火态的好于固溶处理和时效态的。