[发明专利]一种制备大规格Ti‑1023合金铸锭的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金加工技术领域，具体涉及一种制备大规格Ti-1023合金铸锭的方法。

背景技术

Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)由于具有高强度、高断裂韧度、高淬透性等优良性能而被广泛用于生产飞机起落架等大尺寸关键承力构件。但在真空自耗电弧熔炼技术生产Ti-1023合金铸锭的过程中，由于添加β稳定元素的铁含量高，在熔炼时很容易形成铁偏析，在铁偏析区域，因β转变温度下降而形成一种不含α相或α相稀少的区域，即所谓的β斑。这种β斑严重降低钛构件的塑性和低周疲劳性能。目前学者一致认为，最有效减少β斑的方法就是提高Ti-1023合金铸锭中Fe的成分均匀性。传统提高Fe成分均匀性方法为：Ⅰ.减少β稳定元素的铁含量；Ⅱ.降低熔炼速度，减少熔池深度；Ⅲ.缩小铸锭的尺寸。但随着大型飞机工程用钛量的不断增加，飞机用钛合金锻件的尺寸和重量日益增加，铸锭规格也相应增大，Ti-1023合金偏析加剧，采用上述传统熔炼方法无法制备Fe成分均匀的大规格Ti-1023合金铸锭。因此，对于制备成分均匀Ti1023合金铸锭就成为材料领域中的一个技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备大规格Ti-1023合金铸锭的方法，用以制备Fe成分均匀的大规格Ti-1023合金铸锭。

本发明所采用的技术方案是：一种制备大规格Ti-1023合金铸锭的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，压制电极块：

选取0级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金混合均匀，压制成电极块；

步骤2，焊接电极：

将步骤1压制得到的电极块在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极；

步骤3，铸锭熔炼：

将步骤2得到的电极置于真空自耗电弧炉中，依次经两次电流控制熔炼和一次熔滴数量控制的方式进行熔炼，即得到大规格Ti-1023合金铸锭。

本发明的特点还在于，

步骤1中各原料的的合金的重量百分比配比为Ti-10V-2Fe-3Al。

第一次电流控制熔炼的参数为：漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为4.0kA～12kA，稳弧电流为直流1.0～10A，熔炼电压为28～36V，熔炼后冷却时间≥2小时。

第二次电流控制熔炼的参数为：漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为6.0kA～15kA，稳弧电流为交流2.0～10A，熔炼电压为32～37V，熔炼后冷却时间≥2.5小时。

第三次熔滴数量控制熔炼的参数为：漏气率控制在0.10Pa/min以下，熔炼速度为5.0～20kg/min，稳弧电流为交流3.0～15A，熔滴数量为6～18(1/s)，熔炼后冷却时间≥3小时。

每次熔炼所采用的坩埚规格逐渐增大。

每次熔炼后将铸锭进行平头处理，然后掉头，进行下一次熔炼。

本发明的有益效果是，一种制备大规格Ti-1023合金铸锭的方法，采用了电弧熔炼熔滴控制技术，减少了Fe元素的偏析。通过控制熔滴数量，制备了大规格Ti-1023合金铸锭，经分析检测表明该工艺制备铸锭成分非常均匀，有效的抑制了合金中Fe的富集，采用该大规格Ti-1023合金铸锭锻造的规格为Φ550mm棒材高低倍组织检测表明：Ti-1023合金棒材中无β斑点、且合金棒材探伤和力学性能均达到宇航技术标准要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种制备大规格Ti-1023合金铸锭的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，压制电极块

按照合金的配比为Ti-10V-2Fe-3Al(Wt％)，选用0级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金进行电极块压制，压制之前对海绵钛和中间合金进行挑料，确保原料质量，将挑好的原料混合均匀后在油压机上压制成电极块。

步骤2，焊接电极

将压制好的电极块组合成电极，然后在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极。

步骤3，铸锭一次熔炼

将步骤得到的电极置于真空自耗电弧炉中，进行第一次熔炼，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为4.0kA～12kA，稳弧电流为直流1.0～10A，熔炼电压为28～36V，熔炼后冷却时间≥2小时。

步骤4，铸锭二次熔炼