[發(fā)明專利]一種高潔凈TC4鈦合金鑄錠及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110753691.2
• 申請(qǐng)日: 2021-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN113637870B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳景暉;徐超;董鑫;宋彥明;姚力軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波創(chuàng)潤新材料有限公司
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22C1/03;C22B9/22;B22D7/00
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 郎祺

本發(fā)明提供了一種高潔凈TC4鈦合金鑄錠及其制備方法，該制備方法包括如下步驟：步驟一，稱取高純鈦板材、高純鈦顆粒、鋁線和鋁釩中間合金顆粒；步驟二，使用高純鈦板材制備若干個(gè)原料盒；將物料分別布料在若干個(gè)原料盒內(nèi)；布料時(shí)將高純鈦顆粒、鋁線和鋁釩中間合金顆粒均分為若干份，并逐層按照一份高純鈦顆粒和一份鋁釩中間合金顆粒的順序進(jìn)行逐層交替平鋪布料，鋁線鋪設(shè)于鋁釩中間合金顆粒內(nèi)；步驟三，布料結(jié)束后，將原料盒推入整料倉內(nèi)；關(guān)閉整料倉，進(jìn)行抽真空；抽真空結(jié)束后，使用電子束進(jìn)行熔煉，直至熔煉鑄錠完成。本發(fā)明提供的制備方法杜絕了物料在壓制過程中引入污染的可能性，保證了鑄錠的成分均勻性，可制備出高潔凈度的TC4鈦合金。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高潔凈TC4鈦合金鑄錠及其制備方法。

背景技術(shù)

TC4鈦合金最初由美國在1954年研制成功，目前已經(jīng)發(fā)展成一種國際性的鈦合金，是目前人們對(duì)其研究最為全面、最為深入的鈦合金，在航空、航天、民用等工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。TC4鈦合金具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于制造各種航空結(jié)構(gòu)件和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)盤及航天飛行器壓力容器、結(jié)構(gòu)件等，已占到鈦合金總產(chǎn)量的50％以上。該合金是一種綜合性能良好的α+β型鈦合金，具有良好的工藝塑性和超塑性，合金α+β/β轉(zhuǎn)變溫度在980～1010℃之間，長期工作溫度可達(dá)400℃，一般在退火或者固溶時(shí)效狀態(tài)下使用，室溫抗拉強(qiáng)度≥895MPa。

該合金是我國航空工業(yè)中目前使用范圍最廣、使用量最大、技術(shù)最為成熟的鈦合金，目前幾乎所有型號(hào)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)都有應(yīng)用。隨著航空領(lǐng)域?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)件性能要求的提升，其對(duì)TC4鈦合金的潔凈度要求越來越高。

當(dāng)前TC4鈦合金鑄錠的制備方法主要為兩種：真空自耗電弧熔煉以及電子束冷床熔煉。真空自耗電弧熔煉的主要步驟為：選取原料，按比例混合，使用油壓機(jī)壓制成整體電極或單塊電極(通過焊接焊為整體電極)，再使用真空自耗爐進(jìn)行2次及以上熔煉，形成鑄錠；電子束冷床熔煉的主要步驟為：將混合好的原料加入電子束爐散料倉或?qū)褐?焊接好的整體電極裝入電子束爐整料倉，使用電子束熔煉爐進(jìn)行熔煉，形成鑄錠。

目前，為制備出成分高均勻性的TC4鈦合金鑄錠，技術(shù)人員在混料工藝、穩(wěn)弧電流、中間合金的選擇上做了較多的實(shí)驗(yàn)研究(例如“TC4鈦合金均勻性研究”，《特鋼技術(shù)》，周茂華，2009年第3期第15卷)，在該文中，采用了AlV55中間合金，并調(diào)整了混料工藝，最終制出的TC4鈦合金鑄錠的頭圓心Al含量為5.85％，尾圓心Al含量為6.09％，相差0.24％，其組分的均勻性仍然存在一定問題。

現(xiàn)有技術(shù)的主要缺點(diǎn)為：1、原料壓制過程中物料與模具在高壓下摩擦，易引入器壁雜質(zhì)污染；2、物料在混料過程中或在料倉中因物料密度不同(鋁顆粒較鈦顆粒密度低)產(chǎn)生物料分層現(xiàn)象，導(dǎo)致鑄錠成分不均勻；3、真空自耗電弧熔煉時(shí)熔速較快、氣體雜質(zhì)逸散空間較小等導(dǎo)致鑄錠氣體雜質(zhì)含量高。因此，亟待一種能夠解決上述問題的制備TC4鈦合金的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高潔凈TC4鈦合金鑄錠制備方法，解決物料在鑄錠制備過程中易受到污染引入雜質(zhì)、成分不均勻、氣體含量高等問題，開發(fā)高潔凈TC4鈦合金鑄錠。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個(gè)方面提供了一種高潔凈TC4鈦合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，稱取高純鈦板材、高純鈦顆粒、鋁線和鋁釩中間合金顆粒使得總原料中Al的質(zhì)量百分比為7.5％～9％，V的質(zhì)量百分比為3.5～4％，余下為Ti；其中Ti的重量為高純鈦板材和高純鈦顆粒重量之和；

步驟二，使用高純鈦板材制備若干個(gè)原料盒；將高純鈦顆粒、鋁線和鋁釩中間合金顆粒分別布料在若干個(gè)原料盒內(nèi)；布料時(shí)將高純鈦顆粒、鋁線和鋁釩中間合金顆粒均分為若干份，并逐層按照一份高純鈦顆粒和一份鋁釩中間合金顆粒的順序進(jìn)行逐層交替平鋪布料，鋁線鋪設(shè)于鋁釩中間合金顆粒內(nèi)；