金屬熔煉，可有效去除金屬中的金屬及非金屬夾雜、氣體等，提高金屬的純凈度，獲得致密金屬提高金屬的力學(xué)性能和加工性能。電子束冷床爐熔煉工業(yè)純鈦在高真空下進(jìn)行，熔煉時(shí)的過(guò)熱溫度高維持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)，使工業(yè)純鈦的精煉提純作用能夠充分有效進(jìn)行。

鈦鑄錠中最常見(jiàn)的夾雜有低密度夾(LDL，Low Density Inclusion）和高密度夾雜（HDI,Hi Density Inclusion）。低密度夾雜主要是由于海綿鈦添加的殘料等過(guò)程中以及不良的熔煉操作造成的間隙元素N、0、C污染。其中危害最大的是TiN.它能夠嚴(yán)重降低材料的抗疲勞性能，造成其加工件的失效，而且TiN的密度與鈦基體接近，晶體與鈦基體共格，無(wú)損探傷是不易被發(fā)現(xiàn)的。高修密度夾雜的主要來(lái)源是污染的鈦殘料和鑄錠或部件機(jī)械加工時(shí)產(chǎn)生的切屑中所包含的刀具上下來(lái)的微粒。通常的HDI夾雜物是鈷粘結(jié)的碳化鎢或單一型碳化鎢、鎢極氪弧焊時(shí)遺留的鎢電極頭等。

電子束冷床去除低密度夾雜，特別是TiN的主要機(jī)理是溶解。在常規(guī)熔煉過(guò)程中，熔池的溫度達(dá)不到熔化TiN的溫度。但是在電子束冷床熔煉中，熔體表面的過(guò)熱度和熔體在熔池中的滯留時(shí)間為TiN的溶解提供了有利的條件。隨著加熱熔化的進(jìn)行，TiN的溶解主要經(jīng)過(guò)如下兩個(gè)階段：氮向基體擴(kuò)散，出現(xiàn)針狀組織過(guò)渡層；TiN全部溶解并形成粗大的鑄態(tài)組織，與周圍的熔體混為一體。一般在熔煉過(guò)程中，TiN屬于雜質(zhì)所以相對(duì)數(shù)量較少，其溶解后不會(huì)造成熔體中氮含量有明顯的增加。

決定夾雜溶解的因素不僅有夾雜本身的特性，也有熔煉工藝參數(shù)。TiN夾雜的密度、孔隙度和熔池溫度、熔體流動(dòng)速度等對(duì)溶解和重力分離去除有強(qiáng)烈影響。當(dāng)夾雜粒子的密度與液態(tài)金屬的密度差別很大時(shí)，不論粒子的尺寸如何，也不論熔化速度如何，粒子總會(huì)消除；而當(dāng)夾雜粒子的密度與液態(tài)金屬的密度在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，熔化速度對(duì)粒子的溶解有決定性的影響，對(duì)于尺寸較大的粒子，必須降低熔化速度，以確保粒子溶解去除。熔體流動(dòng)性(與熔化速度和熔池溫度直接有關(guān)）對(duì)夾雜溶解影響顯著，加大熔體的流動(dòng)性，溶解速度明顯增加，強(qiáng)烈攪拌下氮化的海綿鈦和鈦粉的溶解速度可達(dá)正常情況下的10倍：熔池溫度對(duì)溶解速度也有強(qiáng)烈影響，因?yàn)樵黾訙囟瘸０殡S熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度的增加，純鈦液中，溫度升高100℃，TiN的溶解速度提高1倍。

J P Bellot等研究了以TiN為代表的LDI在液態(tài)鈦合金中的溶解情況。通過(guò)熔池溫度、熔體對(duì)流對(duì)TiN溶解能力影響的研究表明，熔池過(guò)熱300℃可使TiN的溶解時(shí)間減少30%，TiN在湍流情況下溶解時(shí)間是滯流情況下溶解時(shí)間的1/10。這是因?yàn)榈臄U(kuò)散系數(shù)與溫度成指數(shù)關(guān)系，溫度的徽小升高足以引起氮擴(kuò)散系數(shù)的很大升高；湍流情況時(shí)，更有利于TiN顆粒中氮元素的擴(kuò)散。

而高密度夾雜的密度和熔點(diǎn)都比鈦合金的高，通過(guò)電子束加熱溶解這些夾雜的方法已經(jīng)沒(méi)有多少作用，起主要作用的是夾雜粒子自身所受到的重力，使得夾雜粒子快速的沉積到凝殼和熔體的界面，被冷床凝殼捕獲而最終被去除。