[發(fā)明專(zhuān)利]一種含鈮Ti3Al合金鑄錠的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610497822.4
• 申請(qǐng)日: 2016-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106148739B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛祥義;焦勇;張利軍;劉娣;劉小花
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/02
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/02;C22C14/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金制備領(lǐng)域，涉及一種含鈮Ti3Al合金鑄錠的制備方法。

背景技術(shù)

Ti3Al是Ti-Al基金屬間化合物的一種，具有有序密排六方結(jié)構(gòu)，其比強(qiáng)度高，但其高溫強(qiáng)度和室溫塑性較低，限制了其發(fā)展應(yīng)用，通過(guò)添加β穩(wěn)定元素Nb可改善其高溫抗氧化性和室溫塑性。含鈮Ti3Al基合金具有許多優(yōu)良的性能，與普通鈦合金相比，具有更好的高溫性能，抗氧化能力，抗蠕變性能，更高的使用溫度；與鎳基合金相比，密度小，約為鎳基合金的一半，有利于設(shè)備重量的減輕；與陶瓷材料相比，在高溫下具有更好的塑性。此外，含鈮Ti3Al基合金具有良好的體積穩(wěn)定性，熱膨脹系數(shù)隨溫度變化波動(dòng)較小。因此，含鈮Ti3Al基合金是一種可以填補(bǔ)普通鈦合金和高溫合金使用溫度之間的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。含鈮Ti3Al基合金的基本成分范圍為T(mén)i-(20～27)Al-(11～30)Nb(at.％)。

含鈮Ti3Al合金各元素之間的熔點(diǎn)、密度和蒸氣壓等相差較大，給合金的制備帶來(lái)困難，傳統(tǒng)工藝方法制備出的含鈮Ti3Al合金鈮元素偏析嚴(yán)重，合金成分準(zhǔn)確性和均勻性難以得到保證。為提高合金化效果和改善合金化學(xué)成分均勻性，因此，需要一種更好的制備方法來(lái)提高含鈮Ti3Al基合金鑄錠的冶金質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種質(zhì)量穩(wěn)定性高的含鈮Ti3Al合金鑄錠的制備方法，該方法制得的含鈮Ti3Al合金鑄錠成分均勻、無(wú)鈮偏析等現(xiàn)象，提高了原材料成材率，降低了材料損耗。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種含鈮Ti3Al合金鑄錠的制備方法，首先制備出純鈦鑄錠，再將純鈦鑄錠加工成光亮鈦棒，然后將獲得的光亮鈦棒與光亮鈮棒、光亮鋁棒拼焊成自耗電極，經(jīng)3次真空自耗電弧熔煉，獲得含鈮Ti3Al合金鑄錠。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，具體步驟如下：

步驟1)將海綿鈦壓制成電極塊，并組焊成自耗電極；

步驟2)將步驟1制備的自耗電極采用兩次以上真空自耗電弧熔煉制備出成品鑄錠；

步驟3)將步驟2制備出的成品鑄錠經(jīng)鍛造、軋制成棒材，并將棒材經(jīng)扒皮或磨削獲得光亮鈦棒；

步驟4)將步驟3獲得的鈦棒與鈮棒、鋁棒排列后拼焊成自耗電極；排列的方式具體為：中心一支鈮棒，圍繞鈮棒排列一圈鈦棒，圍繞鈦棒均勻排列一圈鋁棒，并且鈦棒、鋁棒與鈮棒長(zhǎng)度一致，鈦棒與鋁棒數(shù)量相同，通過(guò)調(diào)整鈦棒、鋁棒、鈮棒的直徑來(lái)控制主元素Al、Nb、Ti的含量；

步驟5)一次熔煉：將步驟4制備的自耗電極在真空自耗電弧爐中熔煉獲得一次錠；

步驟6)二次熔煉：將一次錠倒置作為自耗電極，在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠；

步驟7)三次熔煉：將二次錠倒置作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得三次錠；

步驟8)冷卻：熔煉完成后冷卻至200℃以下出爐，得到含鈮Ti3Al合金鑄錠。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1中海綿鈦為0級(jí)以上海綿鈦。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1中采用等離子弧焊方法組焊成自耗電極。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4中鋁棒的配比重量比要制備的含鈮Ti3Al合金鑄錠中鋁元素實(shí)際質(zhì)量百分含量高20％。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4中采用等離子弧焊接方法拼焊成自耗電極。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟5中熔煉電流為4-8KA，熔煉電壓為25-28V。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟6中熔煉電流為7-12KA，熔煉電壓為26-32V。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟7中熔煉電流為7-10KA，熔煉電壓為28-32V。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟8中冷卻是在真空或充氬狀態(tài)下進(jìn)行的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明采用棒材拼焊的方式制備自耗電極，省去了制備中間合金，以及壓制電極塊的步驟，簡(jiǎn)化了工藝。同時(shí)，由于采用鈦棒、鋁棒與鈮棒拼焊的方式制備自耗電極，可保證熔煉過(guò)程中同一熔煉橫截面上的各元素含量一致，同時(shí)由于鈦棒、鋁棒、鈮棒均為密實(shí)料，避免了因局部熔化速度不同產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻或掉塊產(chǎn)生的夾雜等冶金缺陷。本發(fā)明制備的合金鑄錠的成分均勻，克服了現(xiàn)有技術(shù)中鈮元素偏析嚴(yán)重、并且合金成分不準(zhǔn)確以及均勻性差的問(wèn)題。

進(jìn)一步的，本發(fā)明中鋁棒的配比重量，采用本發(fā)明制備含鈮Ti3Al鑄錠時(shí)一次熔煉的鋁元素?zé)龘p量約為20％，在配料過(guò)程中提高鋁元素的配比重量，預(yù)留足夠的燒損量，保證最終成品錠中各元素含量滿(mǎn)足要求。