一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法
【專利摘要】一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，將鉭粉和鈦粉按質(zhì)量比（0.4～0.8）：1混合均勻，得到混料A；將海綿鈦和中間合金原料混合均勻，得到混料B；將混料A和混料B均分成若干份后將混料A和混料B進(jìn)行交叉布料，然后壓制得到電極塊；將若干個(gè)電極塊進(jìn)行焊接，得到電極，然后壓制成電極塊，再將若干個(gè)電極塊進(jìn)行組焊，得到電極，采用真空自耗熔煉后可得到符合配比要求、成分均勻的優(yōu)質(zhì)鑄錠。本發(fā)明制得的電極的均勻性比較好，可直接添加鉭粉，避免因制備中間合金所引入的外界雜質(zhì)，因此本發(fā)明簡化了工藝流程、降低了制造成本，有利于業(yè)規(guī)模批量化生產(chǎn)。
【專利說明】一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦合金電極制備方法，特別涉及一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金由于其比強(qiáng)度高、耐蝕性、良好高低溫性能、形狀記憶性、生物相容性等優(yōu)良性能，在我國航空航天、醫(yī)療、化工、艦艇等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)對(duì)鈦合金材料性能也提出了更高要求，通過添加含鉭元素可以顯著提高鈦合金的耐蝕性以及強(qiáng)度，然而它與鈦相比，具有熔點(diǎn)高、比重大的特點(diǎn)，使用普通的熔煉工藝，易在鑄錠中形成高密度夾雜，導(dǎo)致鑄錠產(chǎn)生冶金缺陷。
[0003]目前，對(duì)于含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極制備時(shí)，鉭一般以中間合金形式加入。這樣方法要求在制備電極前，首先必須準(zhǔn)備含鉭的中間合金。制備這種中間合金方法主要有:(I)采用粉末冶金的方法。通過鈦粉與鉭粉混合-壓制-燒結(jié)成塊狀中間合金，再經(jīng)真空自耗熔煉得到所需中間合金。(2)直接采用等離子束熔煉或真空非自耗電弧熔煉的方法制備中間合金。這兩種方法的缺點(diǎn):工藝過程復(fù)雜、制造成本高，同時(shí)在制備中間合金過程中還可能引入一些雜質(zhì)元素，不利于批量化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)以上問題，提出一種工藝過程簡單、制造成本低并且適合工業(yè)規(guī)模批量化生產(chǎn)的含鉭 的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]I)將鉭粉和鈦粉按質(zhì)量比(0.4~0.8 ):1混合均勻，得到混料A ；
[0007]2 )將海綿鈦和中間合金原料混合均勻，得到混料B ；
[0008]3)將混料A和混料B均分成若干份后將混料A和混料B進(jìn)行交叉布料，然后壓制得到電極塊；
[0009]4)重復(fù)步驟3)得到若干電極塊，將若干個(gè)電極塊進(jìn)行焊接，得到電極。
[0010]所述步驟I)中鉭粉的粒度≥200目，鈦粉的粒度≥100目。
[0011]所述步驟2)中海綿鈦的粒度為0.83~12.7mm。
[0012]所述步驟2)中的中間合金原料為鋁豆、鈦錫合金、海綿鋯、鋁鑰合金、鈮鈦合金、鈦硅合金、純鐵釘和二氧化鈦中的一種或幾種。
[0013]所述步驟I)和步驟2)中的混合是在混料機(jī)中進(jìn)行的。
[0014]所述混料機(jī)為V型混料機(jī)。
[0015]所述步驟I)中的混合時(shí)間為2~6h。
[0016]所述步驟2)中的混合時(shí)間為3~5min。
[0017]所述步驟3)中交叉布料具體過程為:將混料B分為m份，將混料A分為m_l份，然后將一份混料B加入模腔內(nèi)，再按照先加入混料A再加入混料B的順序進(jìn)行加入，并重復(fù)先加入混料A再加入混料B至加入完畢；其中，m為大于等于2的整數(shù)。
[0018]所述步驟3)中壓制是采用油壓機(jī)進(jìn)行的；步驟4)中焊接是采用等離子氬弧焊進(jìn)行的。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:本發(fā)明通過將鉭粉、鈦粉的混合后的混料A以及海綿鈦與中間合金原料混合后的B進(jìn)行交叉布料，并壓制成電極塊，再將若干個(gè)電極塊進(jìn)行組焊，得到電極。對(duì)制得的電極進(jìn)行真空自耗熔煉，能夠制備符合配比要求、成分均勻的優(yōu)質(zhì)鑄錠。本發(fā)明制得的電極的均勻性比較好，可直接添加鉭粉，避免因制備中間合金所引入的外界雜質(zhì)，因此本發(fā)明簡化的工藝流程降低了制造成本，有利于業(yè)規(guī)模批量化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例以0190mmTi55 合金(名義成分為:Ti_5.5A1-3.5Sn-3Zr_0.6Mo_0.35S1-0.45Ta-0.45Nb)自耗電弧熔煉用電極為例，制備方法如下:
[0023](I)混粉:將粒度大于等于200目的鉭粉和粒度大于等于100目的鈦粉在V型混料機(jī)內(nèi)混合2h，使其混合均勻，得到混料A ;其中鉭粉和鈦粉的質(zhì)量比為0.4:1。
[0024](2)混料:將粒度為0.83-12.7mm的海綿鈦均分為兩份，然后將兩份海綿鈦與中間合金原料(中間合金原料采用鋁豆、鈦錫合金、海綿鋯、鋁鑰合金、鈦硅合金和鈮鈦合金)采取交叉倒料方式(交叉倒料方式具體為:先將其中一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中，再將中間合金原料加入到V型混料機(jī)中，最后將另一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中)倒入V型混料機(jī)中混合3min,使其混合均勻,得到混料B ;混料B中海綿鈦和中間合金原料是按任意比例混合的。
[0025](3)電極塊壓制:先將混料B分成3等份，再將混料A分成2等分，采取BABAB這種交叉倒料方式進(jìn)行布料(具體為向模腔內(nèi)先放一份混料B，用耙子耙平后再放入一份混料A，然后依次放入一份混料B、一份混料A、一份混料B)，每次放入混料B或混料A后，將其用耙子耙平后再放另一種混料，以保證電極均勻性，最后采用500噸油壓機(jī)壓制成電極塊。
[0026](4)電極焊接:重復(fù)步驟3)得到若干電極塊，采用等離子氬弧焊將若干個(gè)電極塊焊接得到電極。
[0027](5)熔煉:采用真空自耗電弧爐熔煉3次，鑄錠規(guī)格依次為:Φ90πιπι、Φ 120mm,Φ190mmo
[0028]在所得鑄錠上分別進(jìn)行縱向三處取樣、橫向五點(diǎn)取樣及橫向低倍檢查?？v向取樣結(jié)果顯示:Ta元素成分均勻，控制在0.43-0.47wt% ;橫向Ta元素成分均勻，控制在0.42-0.48wt% ;橫向低倍檢查無不熔塊和夾雜物存在。
[0029]實(shí)施例2
[0030]本實(shí)施例以0 280mmT1-6Ta-0.07Fe合金自耗電弧熔煉用電極為例，其制備方法如下:
[0031](I)混粉:將粒度大于等于200目的鉭粉和粒度大于等于100目的鈦粉在V型混料機(jī)內(nèi)混合6h，使其混合均勻，得到混料A ;其中鉭粉和鈦粉的質(zhì)量比為3:5。[0032](2)混料:將粒度為0.83~12.7mm的海綿鈦均分為兩份，然后將兩份海綿鈦與中間合金原料(中間合金原料為純鐵釘和二氧化鈦)采取交叉倒料方式(交叉倒料方式具體為:先將其中一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中，再將中間合金原料加入到V型混料機(jī)中，最后將另一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中)倒入V型混料機(jī)中混合4min，使其混合均勻，得到混料B。
[0033](3 )電極塊壓制:先將混料B分成5等份，再將混料A分成4等分，采取BABABABAB這種交叉倒料方式進(jìn)行布料(具體為向模腔內(nèi)先放混料B，用耙子耙平后再放入混料A，然后依次放入混料B、混料A、混料B、混料A、混料B)，每次放入混料B或混料A后，將其用耙子耙平后再放另一種混料，以保證電極均勻性，最后采用2000噸油壓機(jī)壓制成電極塊。
[0034](4)電極焊接:重復(fù)步驟3)得到若干電極塊，將若干個(gè)電極塊采用等離子氬弧焊焊接成電極。
[0035](5)熔煉:采用真空自耗電弧爐熔煉3次，鑄錠規(guī)格依次為:Φ160πιπι、Φ220mm,Φ280πιιηο
[0036]在所得鑄錠上分別進(jìn)行縱向三處取樣、橫向五點(diǎn)取樣及橫向低倍檢查?？v向取樣結(jié)果顯示:Ta元素成分均勻，控制在5.80-6.20wt% ;橫向Ta元素成分均勻，控制在
5.9-6.lwt% ;橫向低倍檢查無不熔塊和夾雜物的存在。
[0037]實(shí)施例3 [0038]本實(shí)施例以0 220mmT1-5Ta-1.8Nb合金自耗電弧熔煉用電極為例，其制備方法如下:
[0039](I)混粉:將粒度大于等于200目的鉭粉和粒度大于等于100目的鈦粉在V型混料機(jī)內(nèi)混合4h，使其混合均勻，得到混料A ;其中鉭粉和鈦粉的質(zhì)量比為3:5。
[0040](2)混料:將粒度為0.83-12.7mm的海綿鈦均分為兩份，然后將兩份海綿鈦與中間合金原料(中間合金原料為鈮鈦合金)采取交叉倒料方式(交叉倒料方式具體為:先將其中一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中，再將中間合金原料加入到V型混料機(jī)中，最后將另一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中)倒入V型混料機(jī)中混合4min，使其混合均勻，得到混料B。
[0041 ] (3)電極塊壓制:先將混料B分成5等份，再將混料A分成4等分，采取BABABABAB這種交叉倒料方式進(jìn)行布料(具體為向模腔內(nèi)先放入混料B，用耙子耙平后再放入混料A，然后依次放入混料B、混料A、混料B、混料A、混料B、混料A、混料B)，每次放入混料B或混料A后，將其用耙子耙平后再放另一種混料，以保證電極均勻性，最后采用2000噸油壓機(jī)壓制成電極塊。
[0042](4)電極焊接:重復(fù)步驟3)得到若干電極塊，將若干個(gè)電極塊采用等離子氬弧焊焊接成電極。
[0043](5)熔煉:采用真空自耗電弧爐熔煉兩次，鑄錠規(guī)格依次為:Φ160πιπι、Φ220πιπι。
[0044]在所得鑄錠上分別進(jìn)行縱向三處取樣及橫向低倍檢查?？v向取樣結(jié)果顯示:Ta元素成分均勻，控制在4.80-5.15wt% ；Nb元素成分均勻，控制在1.65-1.85wt% ;橫向低倍檢查無不熔塊和夾雜物的存在。
[0045]實(shí)施例4
[0046]本實(shí)施例以Φ 190mmT1-3Ta-0.5A1-0.5Mo_0.5Zr合金自耗電弧熔煉用電極為例，其制備方法如下:[0047](1)混粉:將粒度大于等于200目的鉭粉和粒度大于等于100目的鈦粉在V型混料機(jī)內(nèi)混合3h，使其混合均勻，得到混料A ;其中鉭粉和鈦粉的質(zhì)量比為0.8:1。
[0048](2)混料:將粒度為0.83-12.7mm的海綿鈦均分為兩份，然后將兩份海綿鈦與中間合金原料(中間合金原料采用鋁豆、海綿鋯、鋁鑰合金)采取交叉倒料方式(交叉倒料方式具體為:先將其中一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中，再將中間合金原料加入到V型混料機(jī)中，最后將另一份海綿鈦加入到V型混料機(jī)中)倒入V型混料機(jī)中混合5min，使其混合均勻，得到混料B。
[0049](3)電極塊壓制:先將混料B分成3等份，再將混料A分成2等分，采取BABAB這種交叉倒料方式進(jìn)行布料(具體為向模腔內(nèi)先放混料B，用耙子耙平后再放入混料A，然后依次放入混料B、混料A、混料B)，每次放入混料B或混料A后，將其用耙子耙平后再放另一種混料，以保證電極均勻性，最后采用500噸油壓機(jī)壓制成電極塊。
[0050](4)電極焊接:重復(fù)步驟3)得到若干電極塊，采用等離子氬弧焊將若干個(gè)電極塊焊接得到電極。
[0051](5)熔煉:采用真空自耗電弧爐熔煉3次，鑄錠規(guī)格依次為:Φ90πιπι、Φ 120mm,Φ190mmo
[0052]在所得鑄錠上分別進(jìn)行縱向三處取樣及橫向低倍檢查?？v向取樣結(jié)果顯示:Ta元素成分均勻，控制在2.85-3.10wt% ;橫向低倍檢查無不熔塊和夾雜物存在。
【權(quán)利要求】
1.一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將鉭粉和鈦粉按質(zhì)量比(0.4~0.8):1混合均勻，得到混料A ; 2)將海綿鈦和中間合金原料混合均勻，得到混料B; 3)將混料A和混料B均分成若干份后將混料A和混料B進(jìn)行交叉布料，然后壓制得到電極塊； 4)重復(fù)步驟3)得到若干電極塊，將若干個(gè)電極塊進(jìn)行焊接，得到電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中鉭粉的粒度≥200目，鈦粉的粒度≥100目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中海綿鈦的粒度為0.83~12.7mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中的中間合金原料為鋁豆、鈦錫合金、海綿鋯、鋁鑰合金、鈮鈦合金、鈦硅合金、純鐵釘和二氧化鈦中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟I)和步驟2)中的混合是在混料機(jī)中進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述混料機(jī)為V型混料機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的混合時(shí)間為2~6h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中的混合時(shí)間為3~5min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中交叉布料具體過程為:將混料B分為m份，將混料A分為m-Ι份，然后將一份混料B加入模腔內(nèi)，再按照先加入混料A再加入混料B的順序進(jìn)行加入，并重復(fù)先加入混料A再加入混料B至加入完畢；其中，m為大于等于2的整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鉭的鈦合金真空自耗熔煉用電極的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中壓制是采用油壓機(jī)進(jìn)行的；步驟4)中焊接是采用等離子氬弧焊進(jìn)行的。
【文檔編號(hào)】C22B9/21GK103773969SQ201310728549
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】劉娣, 張利軍, 鄭筠, 薛祥義, 李金山 申請(qǐng)人:西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司