[发明专利]氢氩混合气氛中非自耗电弧熔炼降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法，属于材料加工领域。

背景技术

钛基合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好和热强度高的特点，是航空航天飞行器以及石油化工、食品工业等领域较为理想的结构材料，应用十分广泛。目前钛合金生产量和消耗量都相当大，产生很多的钛废料，由于钛废料回收的技术不够成熟，每年很多钛废料都被转入其它低值应用领域，这是因为钛合金废料中杂质元素尤其是氧含量的降低难于实现是制约目前钛合金废料回收利用的主要的问题。

目前钛合金废料的回收受到回收方式和熔炼设备的限制，现有的回收方法主要是将钛合金废料混入新料，其中钛合金废料含量不能超过30％(质量)，即使是这样由于钛合金废料带入较多的有害元素氧，也会使合金中的氧含量偏高；氧元素在钛合金废料表面以TiO₂的形式存在，在钛合金内部与基体形成固溶体，对钛合金的性能产生明显的破坏作用，采用现有的方法很难去除，从而限制钛合金废料的利用率问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决钛合金回收利用时，由于钛合金废料中氧含量较高，而限制钛合金废料的利用率问题，提供了氢氩混合气氛中非自耗电弧熔炼降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法。

氢氩混合气氛中非自耗电弧熔炼降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法是由下述步骤实现的：将Ti6Al4V合金装入真空非自耗电极电弧炉熔化室的水冷铜坩埚中，首先将熔化室抽真空至1×10^-2～1×10^-4Pa，然后充入纯度为99.999％(体积)的氩气和纯度为99.999％(体积)的氢气，其中熔化室内的压强为3×10⁴～10×10⁴Pa，氢气占氩气和氢气总体积的5％～30％，然后起弧熔炼2min～20min；即实现了降低Ti6Al4V合金中氧含量。

本发明在电弧熔炼时利用气氛中氢来降低钛合金中氧元素含量。

采用本发明的方法熔炼Ti6Al4V合金，其氧含量明显降低，可将钛合金废料中氧含量达到使用标准，从而提高了钛合金废料的利用率。经试验验证，通过调节氢气的进气量和熔炼时间使初始氧含量为0.42％、1.62％(质量)的Ti6Al4V合金经本方法熔炼后氧含量降低到0.25％(质量)左右。本发明的工艺简单，参数容易设定并且易于控制；可应用于大量、连续的生产，具有现实意义。目前还没有关于降低钛合金中氧含量方法的记载。

附图说明

图1是具体实施方式十Ti6Al4V合金中氧含量的变化曲线图；图2是具体实施方式十一Ti6Al4V合金中氧含量的变化曲线图；图2中-■-表示初始氧含量为0.42％(质量)的Ti6Al4V合金中氧含量的变化曲线，-●-表示初始氧含量为1.62％(质量)的Ti6Al4V合金中氧含量的变化曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式氢氩混合气氛中非自耗电弧熔炼降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法是由下述步骤实现的：将Ti6Al4V合金装入真空非自耗电极电弧炉熔化室的水冷铜坩埚中，首先将熔化室抽真空至1×10^-2～1×10^-4Pa，然后充入纯度为99.999％(体积)的氩气和纯度为99.999％(体积)的氢气，其中熔化室内的压强为3×10⁴～10×10⁴Pa，氢气占氩气和氢气总体积的5％～30％，然后起弧熔炼2min～20min；即实现了降低Ti6Al4V合金中氧含量。

本实施方式熔炼之后在坩埚中冷却凝固、或浇注成铸件或铸锭。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：在熔炼过程中电流为150～250A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：在熔炼过程中电流为200A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：氩气和氢气的总压为4×10⁴～8×10⁴Pa。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：氩气和氢气的总压为5×10⁴。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。