航空级钛合金对氧含量的上限是百分之零点二，氮含量不超过百分之零点零五。这两个数字写在每一份航空锻件的材质证明上，看起来只是普通的化学成分要求，背后却是整个真空熔炼工艺对氩气纯度的苛刻依赖。钛在熔融状态下对氧和氮的亲和力极强，哪怕是微量的氧氮杂质也会生成脆性的金属间化合物，分布在晶界上直接降低疲劳强度。
航空航天用钛合金如TC4和TA15，以及高温合金如GH4169，在熔炼环节普遍采用真空感应熔炼加真空电弧重熔的双联工艺。真空感应熔炼在水冷铜坩埚中进行，电磁感应加热使金属炉料熔化，熔炼温度通常在一千六百到一千八百摄氏度。在这个温度下，钛液不仅会与氧和氮反应，氮气也会与钛反应生成氮化钛夹杂，因此保护气必须选用氩气。氩气在高温下不与任何金属发生反应，是真空熔炼唯一可行的保护气体。
五N高纯氩的杂质控制指标为氧低于二ppm，氮低于五ppm，水低于一ppm。这些指标直接对应航空钛合金的化学成分上限。如果氩气中氧含量超标，熔炼过程中氧会持续溶入钛液，最终成品的氧含量可能超过百分之零点二的上限，导致整炉钛合金降级为工业级，航空件直接报废。氮杂质的危害类似，氮化钛夹杂在后续锻造过程中成为裂纹源，疲劳试验中往往在夹杂处萌生裂纹。水杂质在高温下分解出的氢会导致钛合金氢脆，虽然真空熔炼有一定的脱氢能力，但氢含量过高时脱氢不充分，仍会影响断裂韧性。
真空熔炼的操作流程是先将炉室抽到高真空，真空度达到十的负二次方到十的负三次方帕，然后充入氩气至零点零五到零点一兆帕的微正压。这个压力范围的选择有讲究。压力过低时保护效果不足，炉室密封处的微量泄漏会导致空气渗入，且金属蒸发速率增大，合金元素烧损增加。压力过高则会降低真空脱气效果，熔炼过程中产生的气体杂质难以从熔池中逸出。零点零五到零点一兆帕的微正压在保护效果和脱气效果之间取得了平衡，是行业内的通用做法。
熔炼过程中氩气需要循环净化。钛液本身具有很强的吸气能力，会持续吸收氩气中残留的氧氮杂质，熔池表面的钛蒸发物也会污染氩气。大型真空感应熔炼炉配置氩气循环净化系统，将炉内氩气抽出后经过钛屑吸气床和锆铝吸气剂净化再送回炉室。钛屑在高温下与氧氮反应生成稳定的钛氧化物和钛氮化物，锆铝吸气剂对一氧化碳和甲烷等杂质有很好的吸附效果。循环净化可将炉内氩气实际纯度维持在五N以上，即使进气纯度略低也能保证熔炼质量。
真空电弧重熔是第二道工序，目的是细化组织和去除夹杂。自耗电极在水冷铜结晶器中起弧，电弧温度超过三千摄氏度，熔池逐步凝固。这个阶段同样需要氩气保护，氩气从结晶器上部通入覆盖电极和熔池，防止钛在高温下与残留气体反应。VAR阶段氩气流量在每分钟几到几十标升，流量过大可能导致熔池表面扰动，影响凝固组织均匀性。
实操中需要注意几个细节。氩气瓶接入前必须检查瓶压和纯度合格证，瓶压低于一兆帕的瓶子不应使用。减压阀和管路在更换气瓶后需要氩气吹扫不少于五分钟，吹扫流量不低于正常工作流量的两倍。熔炼炉的真空密封件需要定期检查，O型圈老化或损伤必须及时更换，微小泄漏在长时间熔炼中也会引入足够的氧氮杂质。航空级钛合金熔炼建议在供气主管路加装在线氧分析仪，连续监控纯度，氧含量超阈值立即报警。
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