[發明專利]一種鈦合金的制備工藝

在審

• 申請號: 201410336510.6
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN105274365A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 匡永剛
• 申請（專利權）人: 匡永剛
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C14/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鈦合金的制備工藝，屬于有色金屬鈦合金材料技術領域。

背景技術

鈦及鈦合金具有比強度高、抗腐蝕性能好和耐熱性高等優點，廣泛應用于航空、航天等各個領域。冷戰后，鈦及鈦合金又迅速變軍需為民用，多用于宇宙航空、海洋開發、化工設施以及日用輕工等方面。目前鈦合金正處于由“戰略物資”色彩型向“通用物資”大眾型方向轉化的階段。雖然在世界礦資源中，鈦是僅次于鐵、鋁、鎂，處于第四位的富有資源，它很有希望成為繼鐵、鋁之后的第三種實用金屬，開發利用前景十分廣闊。

鈦合金的制備技術發展速度非常快，尤其是近年來在這個領域取得了很多突破，并有不斷提速的趨勢，但就目前情況來看，制約鈦工業發展的主要因素是鈦材的昂貴價格，而造成鈦材價格昂貴的主要原因是鈦生產工藝復雜，周期長，能耗太高，成才率低等問題。如何降低鈦材生產成本，優化鈦冶金過程，成為了人們一直努力的目標。開發研究工藝簡單，成本低廉，而且不污染環境的新工藝技術，制備高質量的先進鈦材已是目前人們十分關注的課題。

目前工業化生產鈦及鈦合金幾乎都是采用真空自耗電極電弧熔煉技術（VAR），在電弧爐中邊熔煉邊在水冷坩堝中結晶成錠。在真空或惰性氣氛中，自耗電極在直流電弧的高溫作用下迅速被熔化，并在水冷銅坩堝內或形成熔池。當液態鈦以熔滴的形式，通過近5000K高溫電弧區，向銅坩堝內過渡以及在銅坩堝內保持液態時，不僅實現了鈦和鈦合金的致密化，而且還發生了一系列的物理化學反應，起到提純作用，使它們具有更好的性能。在自耗電極電弧爐熔煉過程中，電極的熔化及熔體的凝固是同時進行的，熔池中溫度不均勻，花費巨大的能量損耗和物料損失也難以獲取大量的高溫鈦液；難熔的和易揮發的合金成分難以均勻和加入；結晶速度和金相組織也難以控制；另外，該工藝回收廢料困難，生產的鑄錠發生夾渣的頻率很高，因而限制了它在熔煉高品質合金時的應用。

為了克服VAR技術的缺點，20世紀80年代冷床爐熔煉技術開始興起。冷床爐熔煉過程將提純和凝固完全分開，高密度夾雜與鈦熔體有很大的密度差異，會沉入冷爐床底部被凝殼撲捉，低密度夾雜可通過熔池的過熱度和長時間保溫使其盡可能熔解或上浮，達到去除高、低密度夾雜，充分實現合金化的目的，獲得高品質的合金鑄錠。冷床爐熔煉包括電子束冷床爐熔煉(EBCHM)和等離子冷床爐熔煉(PACHM)兩種。高品質鈦合金常常采用“冷床熔煉+真空自耗熔煉(CHM+VAR)”法，并成為工業標準級的生產方法。

坩堝式真空感應熔煉方法可能是解決目前常規鈦合金熔煉技術能耗極高而材料收得率極低的一條有效途徑。因此，尋找新型的熔鈦坩堝材料及其制備技術，實現內熱式的真空感應熔煉，是實現鈦合金低成本優質高效熔煉的關鍵。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種鈦合金的制備工藝，采用該方法可簡化合金的制備流程，工業化批量生產高品質的鈦及鈦合金鑄錠。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鈦合金的制備工藝，由坩堝式真空感應熔煉技術和鈦及鈦合金的冷床爐熔煉技術構成，具有以下的步驟:

a)按照Ti-Ni-Nb合金的成分準備原材料，并對原材料預處理；殘鈦料：包括殘鈦邊角料和鈦屑，需要牌號相同，加工成的粒度和海綿鈦大小基本相同，經除油、除氧皮處理后備用；海綿鈦和合金元素在真空烘干箱中干燥，除去表面吸附的水分，烘干條件：溫度約120~180℃；真空度約5Pa；保溫時間4~6小時；

b)將預處理后的原材料裝入坩堝通過真空感應熔煉技術進行一次熔煉，具體步驟為：①抽真空，真空度達到0.01~3Pa；②加熱，加熱溫度控制在比其熔點高5~150℃，即1320℃~1465℃保證原料完全融化；③保溫，原料完全融化后保溫10~30分鐘，保證合金的成分均勻，減少偏析；④冷卻，坩堝內的合金熔體直接在水冷銅模中澆注成錠；

c)一次鑄錠用物理方法和化學方法表面清理后，通過冷床爐熔煉技術進行二次熔煉，具體步驟為：①真空度的控制，采用電子束冷床熔煉，真空度要求0.015~3Pa；采用等離子體冷床爐熔煉，需要抽真空后反沖30~100KPa的氦氣；②加熱融化，加熱溫度控制比一次鑄