專利名稱：直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法，利用該方法制作直接添加高熔點(diǎn)金屬的自耗電極并選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝，能夠熔煉出達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)鑄錠。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金具有高強(qiáng)度、高比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性和生物相容性等性能，已經(jīng)在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。我國常規(guī)鈦合金真空熔煉技術(shù)經(jīng)過幾十年的摸索改進(jìn)，生產(chǎn)工藝路線穩(wěn)定、工藝方法成熟，在工業(yè)化熔煉含有高熔點(diǎn)元素的鈦合金方面，目前主要有兩種方法第一采用直接添加高熔點(diǎn)金屬的電子束冷床爐熔煉，該熔煉方法成品率高、成分均勻，但存在設(shè)備投入大、能耗大、成本高、操作復(fù)雜、鑄錠重量受限等缺點(diǎn)，對于直接熔煉高熔點(diǎn)金屬多采用此方法。第二采用添加含有高熔點(diǎn)元素的中間合金進(jìn)行真空自耗電弧熔煉，該熔煉方法操作簡單、成分均勻，但也存在操作復(fù)雜、成品率低、成本高，并且需提前熔煉制作包含高熔點(diǎn)元素的中間合金，中間合金被加工成車屑或塊樣后才能添加使用，還受高熔點(diǎn)元素與其他活潑元素能否有效熔煉結(jié)合的限制，從而增加生產(chǎn)工序、生產(chǎn)成本、材料損耗等缺點(diǎn)。
本發(fā)明“直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法”，是在鈦合金真空自耗電弧熔煉用電極常規(guī)制備的基礎(chǔ)上，由直接壓制的具有一定凹槽的電極塊與適合電極塊凹槽形狀的高熔點(diǎn)金屬棒拼焊組成電極，通過選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝，能夠熔煉出達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)鑄錠。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法目的是提供一種不進(jìn)行額外的中間合金制作而一次完成直接添加高熔點(diǎn)金屬進(jìn)行真空自耗熔煉用電極的制備，從而減少生產(chǎn)成本、生產(chǎn)工序，降低能耗，提高成品率，通過熔煉工藝的優(yōu)選最終能夠獲得優(yōu)質(zhì)鑄錠。
發(fā)明直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法是在鈦合金真空自耗電弧熔煉用電極常規(guī)制備的基礎(chǔ)上，由直接壓制的具有一定凹槽的電極塊與適合電極塊凹槽形狀的高熔點(diǎn)金屬棒拼焊組成電極，通過選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝，能夠熔煉出達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)鑄錠。
發(fā)明直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法是選擇具有一定設(shè)計(jì)規(guī)格的高熔點(diǎn)金屬方棒或圓棒，成為后續(xù)與電極塊拼焊的芯棒。電極塊壓制用模具被特殊制作，使得壓出的電極塊一表面具有一定凹槽，在兩電極塊對合焊接后，留有容納高熔點(diǎn)金屬芯棒的孔腔，高熔點(diǎn)金屬芯棒與所需節(jié)數(shù)電極塊拼接后成為能夠進(jìn)行熔煉的電極。
發(fā)明直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法是每根電極所用高熔點(diǎn)金屬芯棒必須是完整一根，如果由幾根不等長高熔點(diǎn)金屬芯棒組成，則必須進(jìn)行組焊而成整根，以防止熔煉過程“掉蛋”。電極塊由海綿鈦與其他所需金屬分層排布，由油壓機(jī)壓制而成，電極塊凹槽與高熔點(diǎn)金屬芯棒尺寸設(shè)計(jì)合適，使得拼焊后高熔點(diǎn)金屬芯棒與電極塊凹槽結(jié)合緊湊。
發(fā)明直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法是高熔點(diǎn)金屬為W、Mo、Nb、Ta等溫度超過2000℃的金屬或其合金，電極塊由海綿鈦與其他所需中、低熔點(diǎn)金屬壓制而成，直接添加高熔點(diǎn)金屬與電極塊組成電極，通過選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝進(jìn)行三次或四次熔煉，能夠熔煉出達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)鑄錠。


附圖1、2是直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極不同規(guī)格截面圖具體實(shí)施方式
選擇具有一定設(shè)計(jì)規(guī)格的高熔點(diǎn)金屬方棒或圓棒，成為后續(xù)與電極塊拼焊的芯棒。電極塊壓制用模具被特殊制作，壓出電極塊一表面具有一定凹槽，在兩電極塊對合焊接后，留有容納高熔點(diǎn)金屬芯棒的孔腔，高熔點(diǎn)金屬芯棒與幾節(jié)電極塊拼接后成為能夠進(jìn)行熔煉的電極。
實(shí)施例1采用1級海綿鈦、鋁豆以及Φ35×2800mm的Nb光圓棒為原料，按名義成分Ti-45Al-10Nb(重量百分比wt％)進(jìn)行配比制作電極，電極塊由海綿鈦和鋁豆經(jīng)分層排布后壓制，電極塊尺寸300×130×90mm，一表面凹槽為Φ35mm的半圓電極塊組焊成單排8節(jié)2800mm長，然后在凹槽內(nèi)嵌入Nb圓棒，兩端頭段與電極塊進(jìn)行多點(diǎn)焊接，然后分別對應(yīng)覆蓋電極塊并焊接而成整根電極(見附圖1)，整根電極芯棒與電極塊結(jié)合緊湊、單重100Kg，符合一次錠所需Φ280mm水冷銅坩堝對電極的尺寸要求，后續(xù)選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝熔煉二次Φ360mm鑄錠、三次Φ440mm鑄錠，鑄錠經(jīng)X射線照相及宏觀低倍組織和后續(xù)成品高倍組織分析未發(fā)現(xiàn)Nb夾雜及高鋁偏析，化學(xué)成分能譜分析成分均勻、符合標(biāo)準(zhǔn)要求，最終可以確定獲得達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)Ti-45Al-10Nb鑄錠。
實(shí)施例2采用1級海綿鈦、工業(yè)級海綿鋯以及Φ35×2800mm的Nb光圓棒為原料，按名義成分Ti-13Nb-13Zr(重量百分比wt％)進(jìn)行配比制作電極，電極塊由海綿鈦和海綿鋯經(jīng)分層排布后壓制，電極塊尺寸300×130×65mm，一表面凹槽為Φ35mm的半圓，電極塊組焊成單排8節(jié)2800mm長，然后在凹槽內(nèi)嵌入Nb圓棒，兩端頭段與電極塊進(jìn)行多點(diǎn)焊接，然后分別對應(yīng)覆蓋電極塊并焊接而成整根電極(見附圖1)，整根電極芯棒與電極塊結(jié)合緊湊、單重160Kg，符合一次錠所需Φ220mm水冷銅坩堝對電極的尺寸要求，后續(xù)選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝熔煉二次Φ280mm鑄錠、三次Φ360mm鑄錠，鑄錠經(jīng)X射線照相及宏觀低倍組織和后續(xù)成品高倍組織分析未發(fā)現(xiàn)Nb夾雜，化學(xué)成分能譜分析成分均勻、符合標(biāo)準(zhǔn)要求，最終可以確定獲得達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)Ti-13Nb-13Zr鑄錠。
實(shí)施例3采用1級海綿鈦、鋁豆以及Φ35×2800mm的Nb光圓棒為原料，按名義成分Ti-6Al-7Nb(重量百分比wt％)進(jìn)行配比制作電極，電極塊由海綿鈦和鋁豆經(jīng)分層排布后壓制，大電極塊尺寸300×130×80mm，一表面凹槽為Φ13mm的半圓，一表面凹槽為Φ35mm的半圓，小電極塊尺寸300×130×40mm，電極塊組焊成單排8節(jié)2800mm長，然后在凹槽內(nèi)嵌入Nb圓棒，兩端頭段與電極塊進(jìn)行多點(diǎn)焊接，然后分別對應(yīng)覆蓋電極塊并焊接而成整根電極(見附圖2)，整根電極芯棒與電極塊結(jié)合緊湊、單重135Kg，符合一次錠所需Φ280mm水冷銅坩堝對電極的尺寸要求，后續(xù)選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝熔煉二次Φ360mm鑄錠、三次Φ440mm鑄錠，鑄錠經(jīng)X射線照相及宏觀低倍組織和后續(xù)成品高倍組織分析未發(fā)現(xiàn)Nb夾雜，化學(xué)成分能譜分析成分均勻、符合標(biāo)準(zhǔn)要求，最終可以確定獲得達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)Ti-6Al-7Nb鑄錠。
權(quán)利要求
1.直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法，其特征在于在鈦合金真空自耗電弧熔煉用電極常規(guī)制備的基礎(chǔ)上，由直接壓制的具有一定凹槽的電極塊與適合電極塊凹槽形狀的高熔點(diǎn)金屬棒拼焊組成電極，通過選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝，能夠熔煉出達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)鑄錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法，其特征在于選擇具有一定設(shè)計(jì)規(guī)格的高熔點(diǎn)金屬方棒或圓棒，成為后續(xù)與電極塊拼焊的芯棒。電極塊壓制用模具被特殊制作，使得壓出的電極塊一表面具有一定凹槽，在兩電極塊對合焊接后，留有容納高熔點(diǎn)金屬芯棒的孔腔，高熔點(diǎn)金屬芯棒與所需節(jié)數(shù)電極塊拼接后成為能夠進(jìn)行熔煉的電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法，其特征在于每根電極所用高熔點(diǎn)金屬芯棒必須是完整一根，如果由幾根不等長高熔點(diǎn)金屬芯棒組成，則必須進(jìn)行組焊而成整根，以防止熔煉過程“掉蛋”。電極塊由海綿鈦與其他所需金屬分層排布，由油壓機(jī)壓制而成，電極塊凹槽與高熔點(diǎn)金屬芯棒尺寸設(shè)計(jì)合適，使得拼焊后高熔點(diǎn)金屬芯棒與電極塊凹槽結(jié)合緊湊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接添加高熔點(diǎn)金屬的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備方法，其特征在于高熔點(diǎn)金屬為W、Mo、Nb、Ta等溫度超過2000℃的純金屬或其合金，電極塊由海綿鈦與配比所需中、低熔點(diǎn)金屬壓制而成，直接添加高熔點(diǎn)金屬與電極塊組成電極，通過選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝進(jìn)行三次或四次熔煉，能夠熔煉出達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)鑄錠。
全文摘要
本發(fā)明是在鈦合金真空自耗電弧熔煉用電極常規(guī)制備的基礎(chǔ)上，由直接壓制的具有一定凹槽的電極塊與適合電極塊凹槽形狀的高熔點(diǎn)金屬棒拼焊組成電極，通過選擇合適的真空自耗電弧熔煉工藝，能夠熔煉出達(dá)到配比計(jì)算要求的、成分均勻的無偏析優(yōu)質(zhì)鑄錠。
文檔編號B22D21/00GK101033512SQ20061004189
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者牛中杰, 楊冠軍, 曹繼敏, 王廷詢, 楊華斌, 楊宏進(jìn), 高維娜 申請人:西安賽特金屬材料開發(fā)有限公司