[發明專利]Ti－6Al－4V合金感應凝殼熔煉過程液態置氫細化凝固組織的方法

無效

• 申請號: 200710072793.8
• 申請日: 2007-09-12
• 公開（公告）號: CN101121969A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 蘇彥慶;張月紅;郭景杰;吳士平;丁宏升;傅恒志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 王吉東

技術領域

本發明涉及鈦合金感應凝殼熔煉過程液態置氫技術及一種鈦合金凝固組織細化方法。

背景技術

Ti-6Al-4V合金是應用量最大的鈦合金之一，該合金可以采用鑄造和鍛造方法獲得構件。鈦合金具有相對較高的比強度，較好的抗腐蝕、抗氧化、抗疲勞能力，因此在航空、航天、航海、化工、醫療衛生、食品及體育運動等領域都得到了大量應用。鈦合金的用量非常大與鈦合金力學性能特點所導致的加工效率低成為當前突出的矛盾。

Ti-6Al-4V合金的生產加工的第一步，即熔鑄鈦合金錠(鑄件)時凝固組織比較粗大，對鑄件的力學性能及鑄錠的后續加工性能有不利影響。為了細化鈦合金的鑄態組織和改善鈦合金的加工性能，現有技術中通常采用一種稱為化學熱處理的方法，所謂化學熱處理是指在一定溫度及氫氣氛下向固態的鈦合金中滲入一定量的氫，由于氫的存在使鈦合金鑄態組織有所細化，鈦合金的塑性成形能力有所提高。實現上述目的后，再將含氫的鈦合金進行真空退火脫除氫，也就是在鈦合金的使用過程中不存在氫的危害。這種在固態下向鈦合金中滲入氫的方法一般只用來處理壁厚較小的構件，這是因為固態滲氫速度較慢，對于大厚構件需要較長的時間，而且在構件中存在氫分布不均勻現象。

發明內容

本發明的目的是為了解決固態下鈦合金氣氛滲氫速度慢，僅適用于小試樣或薄板試樣，不能廣泛應用于生產的問題。

本發明的Ti-6Al-4V合金感應凝殼熔煉過程液態置氫細化凝固組織的方法為：

步驟一、將Ti-6Al-4V合金的爐料裝入感應凝殼熔煉爐的坩堝4中；

步驟二、稱取含有步驟一中所述爐料質量0.09％～0.2％的TiH₂的預制棒2；

步驟三、將步驟二獲得的預制棒2緊固于感應凝殼熔煉爐中位于坩堝4上方的送料桿1的下端；

步驟四、關閉感應凝殼熔煉爐的熔化室3的門，抽真空至10^-1～10^-2Pa，反充高純氬氣至300-600Pa，反復3次；

步驟五、控制熔化室內高純氬氣壓力在400～700Pa；

步驟六、接通感應凝殼熔煉爐內的感應加熱線圈6的電源，逐步增加電源功率，提高坩堝4中爐料的溫度，直到坩堝4內的爐料全部熔化，然后保溫5～7分鐘；

步驟七、向熔池5內浸入預制棒2，當預制棒2完全浸入到熔池5中后，立即提升送料桿1，然后停止加熱；

步驟八、待坩堝4內爐料凝固并冷卻到300℃以下，破真空，取出已凝固的爐料，室溫冷卻；

所述預制棒2由TiH₂粉末、Al-85％V中間合金粉末和鋁粉末組成，所述TiH₂粉末、Al-85％V中間合金粉末和鋁粉末的質量比為：

MTiH2:MAl-85%V:MAl=10.4:4.7:5.3]]>。

本發明中使用的是感應凝殼熔煉爐，它更容易得到穩定的熔池5。感應凝殼熔煉技術目前在鈦合金熔煉鑄造領域應用較多，它采用分瓣的銅坩堝以使磁場透過坩堝作用到金屬爐料通過焦爾熱使爐料熔化，交變磁場同時對金屬熔池有攪拌作用以使成分和溫度均勻。在熔化過程中熔池與坩堝之間存在與爐料成分基本相同的凝殼，將熔融的金屬與坩堝壁隔開，從而避免了坩堝材料對金屬熔體的污染。

本發明采用在Ti-6Al-4V合金感應凝殼熔煉過程中通過向鈦合金熔體中引入氫元素，即液態置氫，氫在熔體中的擴散速度遠遠大于在固體中的擴散速度，因此本發明在鈦合金熔化過程中將氫滲入液態鈦合金中，使液態鈦合金滲入氫后的凝固組織得到了細化，使用本發明的方法得到的Ti-6Al-4V合金材料宏觀組織的平均晶粒尺寸小于800μm，比沒有進行液態置氫的Ti-6Al-4V合金凝固組織的一次結晶平均晶粒尺寸降低了約47％，這將明顯提高鈦合金鑄件的力學性能，對改善鈦合金鑄錠的后續加工性能也發揮了積極作用。

附圖說明