本領(lǐng)域涉及鈦鋁基合金的精煉方法，尤其涉及一種去除鈦鋁基合金中夾雜物的方法。
背景技術(shù)：
：鈦鋁基合金具有高的比強(qiáng)度、良好的抗氧化性、抗蠕變性及優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、剛度及低的密度等優(yōu)點(diǎn)，使其成為性能優(yōu)異的高溫結(jié)構(gòu)材料。傳統(tǒng)的制備工藝流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)導(dǎo)致鈦鋁基合金生產(chǎn)成本高，一般少量應(yīng)用于特殊行業(yè)，難以大規(guī)模應(yīng)用。鋁熱還原法是近年提出的一種低成本制備鈦鋁基合金的新方法，原材料廉價(jià)易得。但通過該工藝制備的鈦鋁基合金中往往夾雜有不少的金屬氧化物(渣：CaO、MgO、Al2O3等)，若不去除鈦鋁基合金中的金屬氧化物，則合金各項(xiàng)性能很差，難以應(yīng)用。因此，如何將鋁熱還原法制備的鈦鋁基合金中的金屬氧化物除去，成為該低成本制備鈦鋁基合金工藝流程中的關(guān)鍵技術(shù)。一般情況下，若密度較大的合金如Fe基合金中夾雜有渣，利用合金與渣的密度差較大的特點(diǎn)，可以通過傳統(tǒng)的合金的高溫融化，使渣上浮于合金熔體表面，實(shí)現(xiàn)合金中渣的去除。而鈦鋁基合金的密度約為(3.8～4.5)g/cm3，渣的密度約為(3.5～4.0)g/cm3，二者密度差很小，常規(guī)的融化除渣方法難以有效除渣。并且，由于鈦鋁基合金具有熔點(diǎn)高，活性高的特性，其在高溫條件下與CaO、Al2O3、Zr2O3等常見的坩堝材料和空氣會(huì)發(fā)生反應(yīng)，會(huì)將新雜質(zhì)引入合金中。如密度差法和單純的電磁凈化處理法的熔煉、凈化工藝均在坩堝中進(jìn)行，合金熔體直接與坩堝接觸，鈦鋁基合金與坩堝直接接觸極易造成污染材料，難以克服合金的污染等問題。因此，傳統(tǒng)的除渣工藝難以應(yīng)用于鈦鋁基合金。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明提供了一種去除鈦鋁基合金中夾雜物的方法，在最大限度去除鈦鋁基合金中的夾雜物的同時(shí)最大限度降低鈦鋁基合金的污染程度。為了解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮幌录夹g(shù)方案：本發(fā)明提供一種去除鈦鋁基合金中夾雜物的方法，所述的夾雜物包括金屬氧化物和/或氮化物，其特征在于包括以下步驟：a.去除鈦鋁基合金表面的氧化皮和氮化皮；b.將所述步驟a得到的鈦鋁基合金在初始真空度為5×10-2～1×10-3Pa的懸浮磁場(chǎng)條件下加熱至800～1100℃，第一次保溫至真空度再次達(dá)到初始真空度；充入惰性氣體至真空度達(dá)到1×102～1×104Pa，將鈦鋁基合金繼續(xù)加熱至1550～1650℃，進(jìn)行第二次保溫。所述的鈦鋁基合金成分包括：Ti為40～60wt.％，Al為25～40wt.％，F(xiàn)e為6～12wt.％，Si<5wt.％，Mn<2wt.％，O<2wt.％，夾雜物為1～10wt.％。所述鈦鋁基合金的硬度為450～650HV；所述鈦鋁基合金中的組織主要以γ-TiAl相為基體，還包括Ti5Si3、Ti2Al固溶相。所述惰性氣體為氬氣、氦氣。步驟b中所述第二次保溫的時(shí)間為5min～50min。所述步驟b后還包括：將所述第二保溫后的鈦鋁基合金冷卻至室溫。，所述冷卻后得到的鈦鋁基合金中夾雜物含量大于2％時(shí)，將所述冷卻后的鈦鋁基合金重復(fù)進(jìn)行步驟b。所述懸浮磁場(chǎng)由真空感應(yīng)懸浮熔煉爐提供。有益技術(shù)效果：本發(fā)明提供提供的去除鈦鋁基合金中夾雜物的方法在真空懸浮磁場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行，相比傳統(tǒng)利用密度差來除夾雜物的方法，夾雜物能去除得更好、合金的純凈度更高、合金的組織和成分的均勻性更好；相比于單純的電磁凈化處理法，本發(fā)明提供的方法中，合金與坩堝壁在高溫下沒有接觸，合金的純凈度更高；可減少鈦鋁基合金中由夾雜物引起的裂紋數(shù)量；通過控制精煉電流強(qiáng)度、精煉時(shí)間、冷卻速度可得到不同組織和力學(xué)性能的鈦鋁基合金。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一次精煉后可使夾雜物減少55％～75％，精煉前后鈦鋁基合金中的組織主要是γ-TiAl相為基體，還存在一定的Ti5Si3、Ti2Al等固溶相，精煉后合金中的裂紋明顯減少。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供一種去除鈦鋁基合金中夾雜物的方法，所述的夾雜物包括金屬氧化物和/或氮化物，其特征在于包括以下步驟：a.去除鈦鋁基合金表面的氧化皮、氮化皮；b.將所述步驟a得到的鈦鋁基合金在初始真空度為5×10-2～1×10-3Pa的懸浮磁場(chǎng)條件下加熱至800～1100℃，保溫至真空度再次達(dá)到5×10-2～1×10-3Pa；充入惰性氣體至真空度達(dá)到1×102～1×104Pa，將鈦鋁基合金繼續(xù)加熱至1550～1650℃，保溫處理。本發(fā)明將待處理的鈦鋁基合金表面的氧化皮和氮化皮去除，對(duì)所述去除的方法沒有特殊的限制，采用本領(lǐng)域常規(guī)方法；本發(fā)明優(yōu)選用砂輪機(jī)打磨掉鈦鋁基合金表面的氧化皮、氮化皮。在本發(fā)明中，所述的鈦鋁基合金優(yōu)選包括以下組分：Ti為40～60wt.％，Al為25～40wt.％，F(xiàn)e為6～12wt.％，Si<5wt.％，Mn<2wt.％；O<2wt.％；夾雜物為1～10wt.％；更優(yōu)選包括45％～55wt％的Ti，30％～35wt％的Al，8％～10wt％的Fe，<3wt％的Si，<1wt％的Mn，<1wt％的O和5～9wt％的夾雜物；最優(yōu)選包括48％～52wt％的Ti，30％～35wt％的Al，8％～10wt％的Fe，<2wt％的Si，<1wt％的Mn，<1wt％的O和6～8.5％的夾雜物。本發(fā)明所述鈦鋁基合金的硬度優(yōu)選為450～650HV，更優(yōu)選為480～600HV，最優(yōu)選為500～550HV；本發(fā)明所述鈦鋁基合金中的組織優(yōu)選主要以γ-TiAl相為基體，還包括Ti5Si3、Ti2Al固溶相。去除氧化皮和氮化皮后，本發(fā)明將得到的鈦鋁基合金在初始真空度為5×10-2～1×10-3Pa的懸浮磁場(chǎng)條件下加熱至800～1100℃。本發(fā)明優(yōu)選采用真空感應(yīng)懸浮熔煉爐提供真空懸浮磁場(chǎng)條件并對(duì)鈦鋁基合金進(jìn)行加熱，具體的對(duì)所述真空感應(yīng)懸浮熔煉爐抽真空，使初始真空度達(dá)到上述限定的范圍；本發(fā)明步驟b中對(duì)所述的抽真空沒有特殊的條件限制，采用本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段。在本發(fā)明中，所述初始真空度優(yōu)選為4×10-2～2×10-3Pa，更優(yōu)選為8×10-3～4×10-3Pa；所述加熱后鈦鋁基合金的溫度優(yōu)選為850～1050℃，更優(yōu)選為900～1000℃。本發(fā)明對(duì)加熱方式?jīng)]有特殊的限制，采用本領(lǐng)域常規(guī)加熱方式，本申請(qǐng)優(yōu)選采用真空感應(yīng)懸浮熔煉爐的加熱裝置進(jìn)行加熱。具體的，本發(fā)明將去掉氧化皮、氮化皮的鈦鋁基合金放入真空感應(yīng)懸浮熔煉爐的水冷銅坩堝中，關(guān)閉爐門后抽真空，使初始真空度達(dá)到5×10-2～1×10-3Pa后打開熔煉爐加熱開關(guān)，將合金加熱到800～1100℃。開始加熱后，本發(fā)明在所述加熱溫度下進(jìn)行第一次保溫至真空度再次達(dá)到初始真空度。真空度恢復(fù)至初始真空度后，本發(fā)明向體系中充入惰性氣體至真空度達(dá)到1×102～1×104Pa，將鈦鋁基合金繼續(xù)加熱至1550～1650℃，進(jìn)行第二次保溫。在本發(fā)明中，所述充入惰性氣體后真空度優(yōu)選為2×102～1×103Pa，更優(yōu)選為5×102～8×102；本發(fā)明對(duì)所述惰性氣體的種類沒有其他的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的惰性氣體即可；在本發(fā)明中，所述惰性氣體優(yōu)選為氬氣。本發(fā)明優(yōu)選將所述鈦鋁基合金繼續(xù)加熱至1580～1630℃，更優(yōu)選為1600～1630℃；所述第二保溫的時(shí)間優(yōu)選為5～30min，更優(yōu)選為10～25min，最優(yōu)選為15～20min。所述第二保溫后，本發(fā)明優(yōu)選將得到的鈦鋁基合金冷卻至室溫。具體的關(guān)閉空感應(yīng)懸浮熔煉爐除冷卻水以外的其它系統(tǒng)，等待冷卻后取出鈦鋁基合金及排除的夾雜物。在本發(fā)明中，所述冷卻的速度優(yōu)選為10A/5min～30A/5min,更優(yōu)選為15A/5min～25A/5min。當(dāng)所述冷卻后得到的鈦鋁基合金中夾雜物含量大于2％時(shí)，本發(fā)明優(yōu)選將所述冷卻后的鈦鋁基合金重復(fù)進(jìn)行上述技術(shù)方案所述步驟b。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的去除鈦鋁基合金中夾雜物的方法進(jìn)行詳細(xì)的說明，但是不能把它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。實(shí)施例1⑴用砂輪機(jī)打磨掉鋁熱還原法制備的鈦鋁基合金(精煉前合金成分見表1)表面的氧化皮、氮化皮。⑵將去掉氧化皮、氮化皮的鈦鋁基合金放入真空感應(yīng)懸浮熔煉爐的水冷銅坩堝中，關(guān)閉爐門后抽真空，使真空度達(dá)到1×10-3Pa。⑶達(dá)到真空度后打開加熱開關(guān)，將合金加熱到800℃，待真空度再次達(dá)到1×10-3Pa。⑷向爐內(nèi)充入氬氣(Ar>99.99％)，當(dāng)真空度到達(dá)1×102Pa后停止充氣。⑸提高電流使合金溫度達(dá)到1550℃，保溫時(shí)間為30min。熔煉時(shí)間到后以30A/5min的冷卻速度逐步減小電流強(qiáng)度直到電流為零。⑹關(guān)閉除冷卻水以外的其他系統(tǒng)，冷卻2h后取出鈦鋁合金及排出的夾雜物。表1實(shí)施例1精煉前后合金成分(wt.％)化學(xué)成分TiAlFeSiMn夾雜物其它精煉前44.040.09.53.51.11.20.7精煉后45.639.29.63.50.90.50.7由表1可知，精煉后鈦鋁基合金中的夾雜物含量減少了58％。精煉前后鈦鋁基合金中的組織主要是γ-TiAl相為基體，還存在一定的Ti5Si3、Ti2Al等固溶相。精煉后合金中的裂紋明顯減少。精煉前合金平均硬度為519HV，精煉后合金平均硬度為520HV。實(shí)施例2⑴用砂輪機(jī)打磨掉鋁熱還原法制備的鈦鋁基合金(精煉前合金成分見表2)表面的氧化皮、氮化皮。⑵將去掉氧化皮、氮化皮的鈦鋁基合金放入真空感應(yīng)懸浮熔煉爐的水冷銅坩堝中，關(guān)閉爐門后抽真空，使真空度達(dá)到5×10-2Pa。⑶達(dá)到真空度后打開加熱開關(guān)，將合金加熱到1100℃，待真空度再次達(dá)到5×10-2Pa。⑷向爐內(nèi)充入氬氣(Ar>99.99％)，當(dāng)真空度到達(dá)1×104Pa后停止充氣。⑸提高電流使合金溫度達(dá)到1600℃，保溫時(shí)間為5min。熔煉時(shí)間到后以20A/5min的冷卻速度逐步減小電流強(qiáng)度直到電流為零。⑹關(guān)閉除冷卻水以外的其他系統(tǒng)，冷卻2h后取出鈦鋁合金及排出的夾雜物。表2實(shí)施例2精煉前后合金成分(wt.％)化學(xué)成分TiAlFeSiMn夾雜物其它精煉前49.133.68.13.60.94.20.5精煉后51.632.98.43.81.01.80.5由表2可知，精煉后鈦鋁基合金中的夾雜物含量減少了57％。精煉前后鈦鋁基合金中的組織主要是γ-TiAl相為基體，還存在一定的Ti5Si3、Ti2Al等固溶相。精煉后合金中的裂紋明顯減少。精煉前合金平均硬度為519HV，精煉后合金平均硬度為576HV。實(shí)施例3⑴用砂輪機(jī)打磨掉鋁熱還原法制備的鈦鋁基合金(精煉前合金成分見表3)表面的氧化皮、氮化皮。⑵將去掉氧化皮、氮化皮的鈦鋁基合金放入真空感應(yīng)懸浮熔煉爐的水冷銅坩堝中，關(guān)閉爐門后抽真空，使真空度達(dá)到5×10-3Pa。⑶達(dá)到真空度后打開加熱開關(guān)，將合金加熱到1050℃，待真空度再次達(dá)到5×10-3Pa。⑷向爐內(nèi)充入氬氣(Ar>99.99％)，當(dāng)真空度到達(dá)1×103Pa后停止充氣。⑸提高電流使合金溫度達(dá)到1650℃，保溫時(shí)間為15min。熔煉時(shí)間到后以10A/5min的冷卻速度逐步減小電流強(qiáng)度直到電流為零。⑹關(guān)閉除冷卻水以外的其他系統(tǒng)，冷卻2h后取出鈦鋁合金及排出的夾雜物。表3實(shí)施例3精煉前后合金成分(wt.％)化學(xué)成分TiAlFeSiMn夾雜物其它精煉前52.727.96.63.00.88.50.5精煉后57.428.17.03.20.92.80.6由表3可知精煉后鈦鋁基合金中的夾雜物含量減少了67％。精煉前后鈦鋁基合金中的組織主要是γ-TiAl相為基體，還存在一定的Ti5Si3、Ti2Al等固溶相。精煉后合金中的裂紋明顯減少。精煉前合金平均硬度為519HV，精煉后合金平均硬度為536HV。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3