鈦鋁合金大尺寸鑄錠的熔煉方法
【專利摘要】鈦鋁合金大尺寸鑄錠的熔煉方法，采用多次真空自耗熔煉，在金屬復合材料坩堝中凝結成錠，此坩堝采用特種金屬與純銅爆炸復合后的復合材料制作坩堝，特種材料熔點可達～2000℃以上作為內(nèi)層與金屬熔池接觸，而外層采用純銅水冷，使得熔煉TiAl合金時可以獲得緩慢的冷卻速度，熔煉鑄錠的直徑可以達到320mm。
【專利說明】鈦鋁合金大尺寸鑄錠的熔煉方法
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及鈦鋁合金大尺寸鑄錠的熔煉方法。
【背景技術】
[0002]TiAl金屬間化合物是一種新型輕質的高溫結構材料，體積質量不及鎳基合金的50%，具有輕質、高比強、耐蝕、耐蝕、耐高溫以及優(yōu)異的抗氧化性等優(yōu)點，并具有優(yōu)異的常溫和高溫力學性能，使用溫度可達700~1000°C，成為當代應用前景最為廣闊的一種輕質高溫結構材料。也成為新一代武器裝備和高技術產(chǎn)品高性能、低成本、長壽命和輕量化的重要物質基礎，將對新一代飛機、衛(wèi)星、空間動量攔截器、高馬赫數(shù)導彈、以及主戰(zhàn)坦克和先進車輛耐熱部件研制過程中的關鍵技術提供新技術指導。
[0003]據(jù)報道，2001年美國波音公司宣布，787民用客機使用GE公司發(fā)動機GENX低壓渦輪后兩級葉片采用TiAl合金，減輕發(fā)動機質量800磅(364公斤)，1998年和2003年日本三菱重工采用真空熔煉反重力低壓鑄造法制備了高Nb-TiAl合金，并應用在賽車發(fā)動機用增壓渦輪，以替代較重的鎳基合金Inconel713C渦輪，使用TiAl合金節(jié)省啟動時間，提高了最大轉速,顯示出極大的潛力。
[0004]TiAl合金的應用領域不斷擴展，在民用航空航天領域，除了葉片外，非轉動部件、非受力輪盤、薄板蒙皮等都可能應用，汽車的增壓渦輪和排氣閥等也成為發(fā)展重點，以及多孔TiAl材料等。
[0005]由于TiAl基合金間化合物的組成元素的熔點和密度的差異，鑄錠不可避免的會存在冶金缺陷、 成分偏析，會使后續(xù)熱機械加工不可控，并且得不到均勻組織，嚴重影響其綜合力學性能和高溫抗氧化性。因此鑄錠的熔煉尤其大型鑄錠的熔煉一直是國內(nèi)外的行業(yè)重點難題。
[0006]TiAl合金鑄錠的制備主要有真空電弧熔煉、等離子束熔煉、感應凝殼熔煉三種辦法，當鑄錠尺寸較小時(小于160~200mm)，能得到成分和組織相對均勻的鑄錠但仍存在大量的枝晶及組織的宏觀偏析，當鑄錠尺寸較大時，通常會存在明顯裂紋甚至直接發(fā)生鑄錠開裂等嚴重質量問題。從文獻報道來看，真空電弧熔煉比后兩種熔煉方法更適宜熔煉大尺寸TiAl合金錠，適合工程化應用。
[0007]TiAl合金在熔煉中由于元素熔點、密度及非平衡凝固偏析系數(shù)的差異，通常會在鑄錠中導致不同程度的元素偏析，而且容易在冷卻過程中，造成鑄錠開裂，大直徑的TiAl合金鑄錠熔煉的是一大難題，也限制了國內(nèi)TiAl合金材料的加工和應用，目前國內(nèi)能熔煉直徑不大于300mm的鑄錠。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明目的是，提供一種熔煉大直徑TiAl合金鑄錠的方法。
[0009]本發(fā)明技術方案是:鈦鋁合金大尺寸鑄錠的熔煉方法，采用多次真空自耗熔煉，在金屬復合材料坩堝中凝結成錠，此坩堝采用特種金屬與純銅爆炸復合后的復合材料制作坩堝，特種材料熔點可達~2000°C以上作為內(nèi)層與金屬熔池接觸，而外層采用純銅水冷，使得熔煉TiAl合金時可以獲得緩慢的冷卻速度，熔煉鑄錠的直徑可以達到320_。
[0010]真空自耗一次熔煉的熔煉電壓:25~37伏，電流:40~70安培/平方厘米；熔煉真空度:0.4~3帕斯卡；一次鑄錠:Φ 280Wih真空凝殼二次熔煉，將一次鑄錠在250公斤
真空凝殼爐中進行二次熔煉，澆注圓錠。真空自耗三次熔煉，將真空凝殼爐熔煉的兩個鑄錠組焊后在真空自耗爐中熔煉，熔煉電壓:25~37伏，電流:40~70安培/平方厘米，熔煉真空度:0.4~3帕斯卡，三次鑄錠:Φ 320*550,,
[0011]本發(fā)明有益效果是，本發(fā)明可以得到質量達到國標的鑄錠。
【具體實施方式】
[0012]工藝實例:T1-43A1_9V-合金鑄錠
[0013]1.制備電極:
[0014]I)原料:0級海綿鈦(顆粒12.5~25.4mm)
[0015]鋁釩合金(銀含量58%)
[0016]招?:(顆粒直徑小于IOmm)
[0017]油壓機壓制近似圓形電極塊，密度達3.0克/立方厘米以上，壓制后用氬氣保護等離子焊將電極塊組 焊成待熔化電極。
[0018]2.真空自耗一次熔煉
[0019]熔煉電壓:25~37伏
[0020]電流:40~70安培/平方厘米
[0021]熔煉真空度:0.4~3帕斯卡
[0022]一次鑄錠:Φ 280*550
[0023]坩堝采用特種金屬復合材料制作，外水冷方式。
[0024]3.真空凝殼二次熔煉
[0025]將一次鑄錠在250公斤真空凝殼爐中進行二次熔煉，澆注圓錠。
[0026]熔煉電壓:25~40伏
[0027]電流密度:40~70安培/平方厘米
[0028]熔煉真空度:0.4~3帕斯卡
[0029]鑄模采用特種金屬復合材料制作。
[0030]4.真空自耗三次熔煉
[0031]將真空凝殼爐熔煉的兩個鑄錠組焊后在真空自耗爐中熔煉。
[0032]熔煉電壓:25~37伏
[0033]電流:40~70安培/平方厘米
[0034]熔煉真空度:0.4~3帕斯卡
[0035]三次鑄錠:φ320^550
[0036]坩堝采用特種金屬復合材料制作，外水冷方式。
[0037]鑄錠化學成分分析:(%)
【權利要求】
1.鈦鋁合金大尺寸鑄錠的熔煉方法，其特征是采用多次真空自耗熔煉，在金屬復合材料坩堝中凝結成錠，此坩堝采用特種金屬與純銅爆炸復合后的復合材料制作坩堝，特種材料熔點可達~2000°c以上作為內(nèi)層與金屬熔池接觸，而外層采用純銅水冷，使得熔煉TiAl合金時可以獲得緩慢的冷卻速度，熔煉鑄錠的直徑可以達到320_。
2.根據(jù)權利要求1所述的鈦鋁合金大尺寸鑄錠的熔煉方法，其特征是真空自耗一次熔煉的熔煉電壓:25~37伏，電流:40~70安培/平方厘米；熔煉真空度:0.4~3帕斯卡；一次鑄錠:Φ 28M550;真空凝殼二次熔煉，將一次鑄錠在250公斤真空凝殼爐中進行二次熔煉，澆注圓錠。真空自耗三次熔煉，將真空凝殼爐熔煉的兩個鑄錠組焊后在真空自耗爐中熔煉，熔煉電壓:25~37伏，電流:40~70安培/平方厘米，熔煉真空度:0.4~3帕斯卡，三次鑄錠:φ 320*550。`
【文檔編號】C22C1/02GK103820660SQ201310624962
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權日:2013年11月29日
【發(fā)明者】鄧寧嘉, 趙瑞晉, 葛偉, 徐國俊, 夏小院, 孫建, 王斌 申請人:安徽寶泰特種材料有限公司, 南京寶泰特種材料股份有限公司