[發明專利]一種均質化的鑄造用鈦鋁合金錠的制備方法

在審

• 申請號: 201911073048.4
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110684908A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 周中波;衛娜;吳天棟;劉娣;劉小花
• 申請（專利權）人: 西安西工大超晶科技發展有限責任公司
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C14/00
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 郭瑤

一種均質化的鑄造用鈦鋁合金錠的制備方法，按照鈦鋁合金錠的名義成分將海綿鈦、鋁豆、鈮鈦合金與金屬鉻進行稱料，然后將海綿鈦、鈮鈦合金與金屬鉻混料均勻，將鋁豆多層布料后進行電極塊壓制，再將電極塊組焊成電極；將電極進行一次熔煉得到一次錠；將一次錠進行拼焊，進行二次熔煉，制得均質化的鑄造用鈦鋁合金錠。本發明中Al、Cr分別以鋁豆和金屬鉻形式加入，Nb以Fe、C等雜質元素含量低的鈮鈦中間合金形式加入，通過兩次熔煉，能夠提高合金成分均勻性。本發明工藝簡單可操作，可獲得Al元素含量偏差小于±0.5％、Nb元素含量偏差小于±0.05％、O元素含量小于0.07wt.％的均質化鑄造用鈦鋁合金錠。

技術領域

本發明屬于鈦鋁合金制備技術領域，涉及一種均質化的鑄造用鈦鋁合金錠的制備方法。

背景技術

TiAl金屬間化合物由于兼備金屬的塑性和陶瓷的高溫強度，具有獨特的輕質高強特性，因此有望應用于航空航天和汽車發動機等高溫結構件。根據成形技術的不同，TiAl合金分為鑄造TiAl合金和變形TiAl合金，由于TiAl合金的低溫塑性，在變形加工過程中鍛坯極易發生開裂，因此TiAl合金零件常采用近凈成形技術制備，其中精密鑄造法制備TiAl合金具有成本低、易直接成形等優點，但制備的TiAl合金成分均勻性低，且凝固過程中會產生較多的疏松縮孔等缺陷，隨著熱等靜壓技術的發展，縮松等缺陷得到解決，但其成分均勻性還得從鑄錠中合金元素的分布控制著手。

TiAl合金中的主要組成元素有Ti、Al、Nb、Cr等，組成元素的熔點和密度差異較大，非平衡凝固偏析系數也不同，這就導致鑄錠中成分分布不均勻的問題，尤其是含量較高的元素Al由于密度小，易在熔液中上浮且燒損嚴重，通常都有2at.％的宏觀偏析，高熔點元素Nb在熔煉結束后會出現尚未合金化的情況，成分偏析造成組織不均勻，嚴重時鑄錠會直接開裂，導致后續熱加工無法進行，從而達不到預期的性能要求。雜質元素O的含量也會對鑄造TiAl合金零件的性能產生影響，因此也要嚴格控制O元素的增量。TiAl合金的這些熔煉特點給獲得成分均勻的鑄造用TiAl合金錠帶來了困難。

發明內容

本發明的目的在于進行鑄錠制備時合金元素分布的控制，提供一種均質化的鑄造用鈦鋁合金錠的制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種均質化的鑄造用鈦鋁合金錠的制備方法，包括以下步驟：

1)電極制備

按照鈦鋁合金錠的名義成分將海綿鈦、鋁豆、鈮鈦合金與金屬鉻進行稱料，然后將海綿鈦、鈮鈦合金與金屬鉻混料均勻，將鋁豆多層布料后進行電極塊壓制，再將壓制好的電極塊組焊成電極；

2)一次熔煉

將步驟1)焊好的電極在真空自耗電弧爐中進行一次熔煉得到一次錠；

3)二次熔煉

將步驟2)得到的一次錠平頭后進行首尾焊接或鋸切后進行拼焊，作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進行二次熔煉，制得均質化的鑄造用鈦鋁合金錠。

本發明的進一步改進在于，鈦鋁合金錠的名義成分Ti-47.5Al-2Nb-2Cr或Ti-48Al-2Nb-2Cr。

本發明的進一步改進在于，海綿鈦為粒度為2～12.7mm的零級海綿鈦。

本發明的進一步改進在于，步驟2)中，一次熔煉的條件為：熔煉真空度≤5.0×10^-1Pa，熔煉電流為2.0～8.0KA，熔煉電壓為22～30V，穩弧電流為DC 4～9A。

本發明的進一步改進在于，步驟3)中，二次熔煉的條件為：熔煉真空度≤5.0×10^-1Pa，熔煉電流為9.0～12.0KA，熔煉電壓為22～30V，穩弧電流為AC 5.0～9.0A。