[发明专利]大规格高性能钛及钛合金锭的熔铸方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大规格高性能钛及钛合金锭的熔铸方法。

背景技术

钛及钛合金具有质轻、高强、耐腐蚀和极为优良的机械性能。其应用已从化工、能源、环保等扩展到舰艇、航空、航天等高科技领域，同时对钛及钛合金的性能提出了更高的要求。传统的小规格钛及钛合金熔炼的效率低，钛合金化学成分的偏析和不理想的金相组织对其机械性能产生不良影响，满足不了钛及钛合金在各领域特别是航空、航天领域日益增长的应用要求。现有技术采用真空自耗电极电弧炉熔炼钛合金锭偏析缺陷普遍存在。在熔化过程中，合金元素在凝固结晶过程时的分配系数各异，这样不可避免地使合金元素或化合物在树枝状晶间富集而形成偏析。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种大规格高性能钛及钛合金锭熔铸方法，有效克服钛合金中合金成分的偏析，并改善金相显微组织结构，提高机械性能，提高熔炼效率。

本发明采用的技术方案：适当控制电极氩弧焊时氩气保护措施，熔炼时采用较高的真空度，有效降低N、O、C等间隙元素的浓度，避免熔锭产生粗大晶界、碳化物网脆化等，减少裂纹产生，提高钛合金强度。增大电极压制密度和电极焊接质量，避免熔炼中掉块减少亮条偏析(AL、V偏析)。采用二次自耗熔炼并适当增大二次熔炼熔池(坩埚直径)改善钛合金锭成分的均匀性，熔锭的显微组织为(α+β)网状组织，断裂韧性最高。

本发明的具体工艺步骤为：

(1)压制电极：将纯钛或钛合金原料压制成电极块，电极块密度＞3.2g/cm³；

(2)组焊电极：采用氩弧焊接将压制成得电极块组焊成大型自耗电极，且组焊的电极端面与长度方向垂直，电极弯曲度≤5‰；

(3)一次真空自耗熔炼：将组焊好的电极放入真空自耗电极电弧炉中进行一次熔炼，炉内工作真空度≤0.08×10pa，熔炼电流10～28KA，熔炼电压20～40V，水温20～50℃，熔炼好的铸锭自然冷却2～4小时后出炉制成一次铸锭，出炉温度＜400℃；

(4)二次真空自耗熔炼：将一次铸锭清洗、冒口端平头后装炉作为电极进行二次熔炼制成成品铸锭，工艺参数同步骤(3)。

所述步骤(1)采用零极海绵钛压制电极块。

所述步骤(1)采用零极海绵钛、Al-V中间合金及纯Al混料压制电极块。

所述步骤中二次真空自耗熔炼的坩埚直径大于一次真空自耗熔炼的坩埚直径。

本发明与现有技术相比能有效克服钛合金中合金成分的偏析，并改善金相显微组织结构，避免熔锭产生粗大晶界、碳化物网脆化等，减少裂纹产生，提高钛合金强度和机械性能，提高熔炼效率。

具体实施方式

实施例1：TA2纯钛铸锭熔炼。

(1)压制电极：将零极海绵钛压制电极，密度＞3.2g/cm³，电极块重量100Kg，电极块数50块，电极总重5000Kg；

(2)组焊电极：采用氩弧焊接将压制成的电极块组焊成大型自耗电极，且组焊的电极端面与长度方向垂直，电极弯曲度≤5‰；

(3)一次真空自耗熔炼：将组焊好的电极放入真空自耗电极电弧炉φ720mm的坩埚中进行一次熔炼，炉内工作真空度≤0.08×10pa，熔炼电流10～28KA，熔炼电压20～40V，水温20～50℃，熔炼好的铸锭自然冷却2～4小时后出炉制成φ720mm一次铸锭，出炉温度＜400℃；

(4)二次真空自耗熔炼：将一次铸锭清洗、冒口端平头后装炉作为电极放入真空自耗电极电弧炉中进行二次熔炼制成φ840mm成品铸锭，熔炼坩埚φ840mm，工艺参数同步骤(3)。

实施例2：TC4钛合金铸锭熔炼。

(1)压制电极：将海绵钛89.64Kg、Al-V中间合金7.150Kg、Al豆3.210Kg混料后压制电极，密度＞3.2g/cm³，压制电极块重量100kg。电极块重量100Kg，电极块数50块，电极总重5000Kg；

(2)组焊电极：采用氩弧焊接将压制成的电极块组焊成大型自耗电极，且组焊的电极端面与长度方向垂直，电极弯曲度≤5‰；

(3)一次真空自耗熔炼：将组焊好的电极放入真空自耗电极电弧炉φ640mm的坩埚中进行一次熔炼，炉内工作真空度≤0.08×10pa，熔炼电流10～28KA，熔炼电压20～40V，水温20～50℃，熔炼好的铸锭自然冷却2～4小时后出炉制成φ640mm一次铸锭，出炉温度＜400℃；

(4)二次真空自耗熔炼：将一次铸锭清洗、冒口端平头后装炉作为电极放入真空自耗电极电弧炉中进行二次熔炼制成φ720mm成品铸锭，熔炼坩埚φ720mm，工艺参数同步骤(3)。