[發(fā)明專利]一種潔凈鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810017202.1
• 申請日: 2008-01-02
• 公開（公告）號: CN101195871A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張英明;楊建朝;趙永慶;韓明臣;倪沛彤;李軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22B34/12
• 分類號: C22B34/12;C22B9/20
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所
• 代理人: 劉崇義

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種潔凈鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦合金因其比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于航空、航天等領(lǐng)域。大多數(shù)鈦及鈦合金部件是通過海綿鈦或純合金元素、中間合金和海綿鈦壓制電極塊，然后焊接電極塊為電極，經(jīng)真空自耗電弧熔煉成鑄錠，經(jīng)鍛造改善組織性能，加工而成的。海綿鈦的主要生產(chǎn)方法是Kroll方法，在鎂還原和真空蒸餾過程中，由于可能存在的漏氣和污染，所生產(chǎn)的海綿鈦中不可避免的存在富氮的夾雜，在隨后的破碎過程中和回收料中有存在WC高熔點(diǎn)夾雜的可能性。

目前，傳統(tǒng)的鈦及鈦合金鑄錠熔煉方法是真空自耗電弧熔煉技術(shù)，根據(jù)鑄錠的化學(xué)成分和使用要求，采用二次或三次熔煉。盡管真空自耗電弧熔煉方法已經(jīng)是成熟的熔煉技術(shù)，可以熔煉出化學(xué)成分合格的各種鈦及鈦合金，但由于熔煉過程中電極中的所有原料都進(jìn)入鑄錠中，液態(tài)熔池的維持時間較短，這種技術(shù)不能有效地去除高熔點(diǎn)的TiN夾雜和WC夾雜。由于TiN夾雜和WC夾雜與基體金屬的力學(xué)性能不匹配，含有這種夾雜的鑄錠在以后的加工中容易開裂產(chǎn)生微裂紋。由于鈦合金的雜波高，在大斷面和大厚度的部件中，這種小裂紋不能通過無損探傷等技術(shù)徹底消除。含有這種冶金缺陷的部件在服役過程中會在微裂紋處造成應(yīng)力集中，形成裂紋源，引起部件的疲勞失效，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此需要采取一種可靠的熔煉技術(shù)來消除這種冶金缺陷，生產(chǎn)出無夾雜的潔凈鈦及鈦合金鑄錠。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以有效地去除鈦及鈦合金原料中的TiN和WC夾雜等冶金缺陷的生產(chǎn)潔凈鈦及鈦合金鑄錠的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種潔凈鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法的步驟為：稱取海綿鈦或稱取純合金元素、中間合金和海綿鈦，將海綿鈦或純合金元素、中間合金和海綿鈦壓制成電極塊，將壓制成的電極塊焊接為電極，用真空自耗電弧爐將所述電極熔煉，一次熔煉得到Φ120-300mm鑄錠；然后將所得到的鑄錠進(jìn)行電子束冷床熔煉，熔煉結(jié)束后，鑄錠從鑄錠室中取出，得到潔凈的鈦或鈦合金鑄錠；所述純合金元素和中間合金為鈦合金鑄錠總重量的0％-20％，所述中間合金是與鈦熔點(diǎn)或密度接近的合金。

所述真空自耗電弧熔煉的熔煉真空度低于5Pa，熔煉電流4-10kA，熔煉電壓30-35V；所述電子束冷床熔煉的熔煉真空度低于5×10^-2Pa，熔煉速度為70-150kg/h，熔煉功率為100-300kW。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明生產(chǎn)的鈦及鈦合金鑄錠，化學(xué)成分均勻，鑄錠宏觀組織優(yōu)于真空自耗電弧熔煉鑄錠，無TiN和WC等高熔點(diǎn)夾雜；本發(fā)明適用于生產(chǎn)冶金質(zhì)量要求高的鑄錠。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

工業(yè)純鈦TA2的熔煉。將一級海綿鈦壓制電極，電極塊單重17kg，然后焊接電極，電極長度約為2400mm。在真空自耗電弧爐上熔煉一次成Φ215mm鑄錠，熔煉真空度低于5Pa，熔煉電流5kA，熔煉電壓31V。然后通過一次電子束冷床熔煉，形成Φ215mm鑄錠。熔煉真空度低于5×10^-2Pa，熔煉速度為100kg/h，熔煉功率為200kW。熔煉所得鑄錠表面光潔，無皮下氣孔，冷隔等。鑄錠凝固組織很好。將鑄錠鍛造成Φ30mm棒材，表面車光，經(jīng)0.8mm平底孔超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)TiN和WC夾雜。

實(shí)施例2

TC4合金的熔煉。根據(jù)合金成分要求，稱量Al-V中間合金1.084kg，Al豆0.756kg，海綿鈦14.16kg，混合后，壓制電極塊，電極塊單重16kg，然后焊接電極，電極長度約為2400mm。在真空自耗電弧爐上熔煉一次成Φ215mm鑄錠，熔煉真空度低于5Pa，熔煉電流5.5kA，熔煉電壓31V。然后通過電子束冷床熔煉一次，形成Φ215mm鑄錠。熔煉真空度低于5×10^-2Pa，熔煉速度為100kg/h，熔煉功率為220kW。鑄錠表面光潔，無皮下氣孔，冷隔等。鑄錠凝固組織很好，心部是等軸晶，外部是柱狀晶。化學(xué)成分均勻。將鑄錠鍛造成Φ30mm棒材，表面車光，經(jīng)0.8mm平底孔超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)TiN和WC夾雜。

實(shí)施例3