專利名稱：氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低Ti6A14V合金中氧含量的方法，屬于材料加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦基合金具有密度小、比弾度高、耐腐蝕性能好和熱強(qiáng)度高的特點(diǎn)，是航 空航天飛行器以及石油化工、食品工業(yè)等領(lǐng)域較為理想的結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用十分 廣泛。目前鈦合金生產(chǎn)量和消耗量都相當(dāng)大，產(chǎn)生很多的鈦廢料，由于鈦廢料 回收的技術(shù)不夠成熟，每年很多鈦廢料都被轉(zhuǎn)入其它低值應(yīng)用領(lǐng)域，這是因?yàn)?鈦合金廢料中雜質(zhì)元素尤其是氧含量的降低難于實(shí)現(xiàn)是制約目前鈦合金廢料 回收利用的主要的問(wèn)題。
目前鈦合金廢料的回收受到回收方式和熔煉設(shè)備的限制，現(xiàn)有的回收方法 主要是將鈦合金廢料混入新料，其中鈦合金廢料含量不能超過(guò)30% (質(zhì)量)， 即使是這樣由于鈦合金廢料帶入較多的有害元素氧，也會(huì)使合金中的氧含量偏 高；氧元素在鈦合金廢料表面以Ti02的形式存在，在鈦合金內(nèi)部與基體形成 固溶體，對(duì)鈦合金的性能產(chǎn)生明顯的破壞作用，采用現(xiàn)有的方法很難去除，從 而限制鈦合金廢料的利用率問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了解決鈦合金回收利用時(shí)，由于鈦合金廢 料中氧含量較高，而限制鈦合金廢料的利用率問(wèn)題，提供了氫氬混合氣氛中非 自耗電弧熔煉降低Ti6A14V合金中氧含量的方法。
氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6A14V合金中氧含量的方法是由 下述步驟實(shí)現(xiàn)的將Ti6A14V合金裝入真空非自耗電極電弧爐熔化室的水冷銅 坩堝中，首先將熔化室抽真空至lxl0-2~lxlO-4Pa，然后充入純度為99.999%(體 積)的氬氣和純度為99.999%(體積)的氫氣，其中熔化室內(nèi)的壓強(qiáng)為 3xl04~10xl04Pa，氫氣占?xì)鍤夂蜌錃饪傮w積的5% 30%，然后起弧熔煉 2min 20min;即實(shí)現(xiàn)了降低Ti6A14V合金中氧含量。
本發(fā)明在電弧熔煉時(shí)利用氣氛中氫來(lái)降低鈦合金中氧元素含量。采用本發(fā)明的方法熔煉Ti6A14V合金，其氧含量明顯降低，可將鈦合金廢 料中氧含量達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，從而提高了鈦合金廢料的利用率。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，通 過(guò)調(diào)節(jié)氫氣的進(jìn)氣量和熔煉時(shí)間使初始氧含量為0.42%、 1.62% (質(zhì)量)的 Ti6A14V合金經(jīng)本方法熔煉后氧含量降低到0.25^ (質(zhì)量)左右。本發(fā)明的工 藝簡(jiǎn)單，參數(shù)容易設(shè)定并且易于控制；可應(yīng)用于大量、連續(xù)的生產(chǎn)，具有現(xiàn)實(shí) 意義。目前還沒(méi)有關(guān)于降低鈦合金中氧含量方法的記載。


圖1是具體實(shí)施方式
十Ti6A14V合金中氧含量的變化曲線圖；圖2是具體 實(shí)施方式十一 Ti6A14V合金中氧含量的變化曲線圖；圖2中J-表示初始氧含 量為0.42%(質(zhì)量)的Ti6A14V合金中氧含量的變化曲線，-*-表示初始氧含量 為1.62%(質(zhì)量)的Ti6A14V合金中氧含量的變化曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方 式間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低 Ti6A14V合金中氧含量的方法是由下述步驟實(shí)現(xiàn)的將Ti6A14V合金裝入真空 非自耗電極電弧爐熔化室的水冷銅坩堝中，首先將熔化室抽真空至 lxl(T2~lxlO'4Pa，然后充入純度為99.999%(體積)的氬氣和純度為99.999%(體 積)的氫氣，其中熔化室內(nèi)的壓強(qiáng)為3xl04 10xl04Pa，氫氣占?xì)鍤夂蜌錃饪傮w 積的5%~30%，然后起弧熔煉2min 20min;即實(shí)現(xiàn)了降低Ti6A14V合金中氧
本實(shí)施方式熔煉之后在坩堝中冷卻凝固、或澆注成鑄件或鑄錠。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在熔煉過(guò)程中
電流為150 250A。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在熔煉過(guò)程中
電流為200A。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是氬氣
和氫氣的總壓為4xl(/ 8xl0 a。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是氬氣 和氫氣的總壓為5xl04。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是氬氣 和氫氣的總壓為6xl04Pa。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六不同的是氫氣占?xì)?氣和氫氣總體積的10%~25%。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一、二或三相 同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六不同的是氫氣占?xì)?氣和氫氣總體積的15%。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六不同的是氫氣占?xì)?氣和氫氣總體積的20%。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低
Ti6A14V合金中氧含量的方法是由下述步驟實(shí)現(xiàn)的將氧含量大于0.40。/。(質(zhì)量) 的Ti6A14V合金裝入真空非自耗電極電弧爐熔化室的水冷銅坩堝中，首先將熔 化室抽真空至6.0xlO—3Pa，然后充入純度為99.999%(體積)的氬氣和純度為 99.999%(體積)的氫氣，其中熔化室內(nèi)的壓強(qiáng)為5xl(^Pa，氫氣占?xì)鍤夂蜌錃饪?體積的20%，然后起弧，在電流為200A、電壓12V條件下熔煉4min;即實(shí) 現(xiàn)了降低Ti6A14V合金中氧含量。
本實(shí)施方式中氫氣的含量由氫氧分析儀監(jiān)控。
采用本實(shí)施方式分別對(duì)氧含量為0.42°/。(質(zhì)量)、0.72%(質(zhì)量)、1.02%(質(zhì)量)、 1.32°/。(質(zhì)量)、1.62e/。(質(zhì)量)的Ti6A14V合金進(jìn)行處理。對(duì)處理后的Ti6A14V合 金的氧含量進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖1?？梢钥闯觯瑲鍤浠旌蠚夥障氯蹮捄?Ti6A14V合金中的氧含量都有不同程度的降低，初始氧含量為0.42%的降低到 0.38%，初始氧含量為0.72%的降低到0.55%，初始氧含量為1.02%的降低到 0.68%,初始氧含量為1.32%的降低到0.73%，初始氧含量為1.62%的降低到 0.78%。其中在氧含量為1.62%時(shí)降低的幅度最大為0.84%，氧含量為0.42% 時(shí)降低的幅度最小僅為0.04%?？梢?jiàn)，處理后不同原始氧含量的Ti6A14V合金 的氧含量都得到了降低。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式采用具體實(shí)施方式
十的方法分別對(duì)氧含量為0.42%(質(zhì)量)、1.62%(質(zhì)量)的Ti6A14V合金進(jìn)行熔煉，考察熔煉時(shí)間對(duì) Ti6A14V合金中氧含量影響，結(jié)果如圖2所示；由圖2可以看出隨著時(shí)間的 延長(zhǎng)，氧含量逐漸降低并趨于一穩(wěn)定值，其中0.42。/。的Ti6A14V合金增加熔煉 時(shí)間氧含量持續(xù)下降，在0.25%左右達(dá)到穩(wěn)定，氧含量為1.62。/。的Ti6A14V合 金在熔煉時(shí)間達(dá)到20分鐘后氧含量降低到0.25%左右。
權(quán)利要求
1、氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法，其特征在于氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法是由下述步驟實(shí)現(xiàn)的將Ti6Al4V合金裝入真空非自耗電極電弧爐熔化室的水冷銅坩堝中，首先將熔化室抽真空至1×10-2～1×10-4Pa，然后充入純度為99.999％(體積)的氬氣和純度為99.999％(體積)的氫氣，其中熔化室內(nèi)的壓強(qiáng)為3×104～10×104Pa，氫氣占?xì)鍤夂蜌錃饪傮w積的5％～30％，然后起弧熔煉2min～20min；即實(shí)現(xiàn)了降低Ti6Al4V合金中氧含量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6A14V 合金中氧含量的方法，其特征在于在熔煉過(guò)程中電流為150-250A (不合適， 請(qǐng)修改)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6A14V 合金中氧含量的方法，其特征在于在熔煉過(guò)程中電流為200A。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低 Ti6A14V合金中氧含量的方法，其特征在于氬氣和氫氣的總壓為 4xl04 8xl04Pa。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低 Ti6A14V合金中氧含量的方法，其特征在于氬氣和氫氣的總壓為5xl04。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低 Ti6A14V合金中氧含量的方法，其特征在于氬氣和氫氣的總壓為6xl04Pa。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6A14V 合金中氧含量的方法，其特征在于氫氣占?xì)鍤夂蜌錃饪傮w積的10% 25%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6A14V 合金中氧含量的方法，其特征在于氫氣占?xì)鍤夂蜌錃饪傮w積的15%。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6A14V 合金中氧含量的方法，其特征在于氫氣占?xì)鍤夂蜌錃饪傮w積的20%。
全文摘要
氫氬混合氣氛中非自耗電弧熔煉降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法，它涉及一種降低Ti6Al4V合金中氧含量的方法。本發(fā)明解決了由于鈦合金廢料氧含量較高降低其利用率的問(wèn)題。本發(fā)明方法如下將Ti6Al4V合金裝入水冷銅坩堝中，抽真空，然后充入氬氣和氫氣，再起弧熔煉2min～20min即可。本發(fā)明的方法具有降低合金中的氧含量，提高了鈦合金廢料的利用率的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)調(diào)節(jié)氫氣的進(jìn)氣量和熔煉時(shí)間使初始氧含量為0.42％、1.62％(質(zhì)量)的Ti6Al4V合金經(jīng)本方法熔煉后氧含量降低到0.25％(質(zhì)量)左右。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，參數(shù)容易設(shè)定并且易于控制；可應(yīng)用于大量、連續(xù)的生產(chǎn)，具有現(xiàn)實(shí)意義。
文檔編號(hào)C22C1/00GK101525701SQ20091007177
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者傅恒志, 姜小紅, 李新中, 亮 王, 蘇彥慶, 郭景杰, 駱良順 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)