【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于鈦合金熔煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金大型鑄錠自耗電極的制備方法。

背景技術(shù)：

真空自耗熔煉是鈦及鈦合金常用的一種熔煉方法。根據(jù)真空自耗熔煉工藝的特點(diǎn)，合金原料作為自耗電極在強(qiáng)電流的作用下，逐節(jié)熔化進(jìn)入坩堝，溶液自下而上在結(jié)晶器(坩堝)中連續(xù)凝結(jié)成鑄錠。當(dāng)液態(tài)金屬以熔滴的形式通過電弧區(qū)域向結(jié)晶器中過渡、保持、凝固過程中，發(fā)生一系列物理化學(xué)方應(yīng)，使金屬得到精煉，達(dá)到凈化金屬、改善結(jié)晶結(jié)構(gòu)、提高性能的目的。真空自耗熔煉操作方便，經(jīng)過多次重熔可以得到成分均勻的大型鑄錠。

真空自耗熔煉必須預(yù)先制備自耗電極，自耗電極在低電壓、高電流的直流電弧高溫作用下，迅速熔化并在水冷銅結(jié)晶器內(nèi)凝固。自耗電極要符合熔化過程的特點(diǎn)，在其他熔煉工藝參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定的情況下，其布料方式直接影響到鑄錠成分的均勻性，即必須保證電極橫截面的成分均勻一致。

單塊電極的壓制可分為立壓和橫壓。組焊后自耗電極的長(zhǎng)度方向與壓制方向一致的為立壓，若垂直則為橫壓。生產(chǎn)實(shí)踐中，可根據(jù)壓機(jī)的能力與電極塊的大小選擇合適的壓制方式。較小單重的電極塊常采用橫壓，較大單重的則采用立壓。

要制備2-3噸的大型鑄錠，單個(gè)電極塊的重量大于100kg。若直接一次性壓制，混料的不均勻性增大，即布料的均勻性難保證。同時(shí)電極塊體積較大，壓制密度不均等。中心部位由于壓制力傳遞不到，較為松散，在熔化過程中易出現(xiàn)掉塊，引起材料組織不均勻、偏析等缺陷。因此，大型鑄錠的電極塊，常采用分塊壓制，組焊的方法。這樣操作的缺點(diǎn)是焊點(diǎn)較多，若焊接失效，存在熔煉過程中掉彈的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)工作效率也較低，尤其是單重較大時(shí)，問題更突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金大型鑄錠自耗電極的制備方法，以減少后續(xù)自耗電極的焊點(diǎn)、降低熔煉過程中發(fā)生因焊接不良導(dǎo)致掉彈的問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種鈦合金大型鑄錠自耗電極的制備方法，該制備方法中使用模具型腔，模具型腔內(nèi)放置有輔助支架，輔助支架用于將模具型腔內(nèi)部空間分成水平排布的n個(gè)格擋，其中n≥2為正整數(shù)，具體采用以下步驟：

步驟1、以0級(jí)或1級(jí)海綿鈦、工業(yè)純鋁、中間合金為原料，按照待制備鈦合金的名義成分進(jìn)行n次配料、稱料，并將得到的混合原料分別倒入n個(gè)格擋中；

步驟2、將輔助支架從模具型腔中取出；

步驟3、采用短行程立式壓制將模具型腔內(nèi)的混合原料一次性壓制成大單重電極塊；

步驟4、重復(fù)執(zhí)行步驟1至步驟3，獲取多個(gè)大單重電極塊，并將得到的多個(gè)大單重電極塊組焊為自耗電極。

進(jìn)一步地，輔助支架包括多個(gè)豎直且相互交叉設(shè)置的支板，每個(gè)支板的材料均為純鈦或鈦合金ti-6al-4v。

進(jìn)一步地，輔助支架包括兩端開口的桶形隔板，桶形隔板側(cè)面外壁上相間設(shè)置有多個(gè)支板，各支板為豎直向且與桶形隔板的徑向方向相一致。

進(jìn)一步地，輔助支架的每個(gè)支板的豎直截面為：上部為矩形，且下部的厚度逐漸減小呈楔形。

進(jìn)一步地，步驟3中得到的電極塊中，其壓制方向上的長(zhǎng)度小于垂直壓制方向上的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步地，步驟3中電極塊單重為100-150kg。

進(jìn)一步地，壓機(jī)選用3500t液壓機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過一次性壓制均勻性較好的單重大于100kg電極塊，相比分塊壓制再組焊的方法，提高了工作效率，減少了后續(xù)自耗電極的焊點(diǎn)，降低了熔煉過程中發(fā)生因焊接不良導(dǎo)致掉彈的風(fēng)險(xiǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)均勻性良好的大型鈦合金鑄錠，輔助支架的使用將物料預(yù)先分為若干份，有利于電極布料的均勻性，為后續(xù)熔煉得到均勻性良好的大型鑄錠奠定基礎(chǔ)。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中十字形輔助支架將模具型腔劃分為四等份及支撐板沿其長(zhǎng)度方向截面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中的中間圓形、外部發(fā)散形輔助支架將模具型腔劃分為六等份及支撐板沿其長(zhǎng)度方向截面的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1.輔助支架；2.模具型腔。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明公開了一種鈦合金大型鑄錠自耗電極的制備方法，該制備方法中使用有模具型腔2，模具型腔2內(nèi)預(yù)先放置有輔助支架1，輔助支架1用于將模具型腔2內(nèi)部空間分成水平排布的n個(gè)格擋，其中n為大于等于2的正整數(shù)，每個(gè)格擋的內(nèi)部空間均用于容納混合原料。

在實(shí)際使用中，輔助支架1根據(jù)電極塊的單重、配料元素的具體要求、模具型腔2的規(guī)格等現(xiàn)有條件設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)，劃分不同的格擋數(shù)量，有利于電極布料的均勻性，為后續(xù)熔煉得到均勻性良好的大型鑄錠奠定基礎(chǔ)。每個(gè)格擋的內(nèi)部空間大小均不作要求，但是，只有當(dāng)每個(gè)格擋內(nèi)部空間的體積相同時(shí)，最終得出的自耗電極的均勻性最好。

另外，輔助支架1包括多個(gè)豎直且相互交叉設(shè)置的支板，為了適應(yīng)鈦材的工裝條件，每個(gè)支板的材料均選為純鈦或鈦合金ti-6al-4v。如圖1所示，為了方便輔助支架1從模具型腔中取出，不粘連物料，輔助支架1的每個(gè)支板沿其長(zhǎng)度方向的截面設(shè)計(jì)成上寬下窄的斜面型，即輔助支架的每個(gè)支板的豎直截面為：上部為矩形、厚度均勻，且下部的厚度逐漸減小呈楔形。

如圖2所示，輔助支架1包括兩端開口的桶形隔板，桶形隔板側(cè)面外壁上相間設(shè)置有多個(gè)支板，各支板為豎直向且與桶形隔板的徑向相一致，即形成了輔助支架1的另外一個(gè)結(jié)構(gòu)形式。

具體采用以下步驟：

步驟1、以0級(jí)或1級(jí)海綿鈦、工業(yè)純鋁、中間合金為原料，按照待制備鈦合金的名義成分進(jìn)行n次配料、稱料，并將得到的混合原料分別倒入n個(gè)格擋中。

步驟2、松動(dòng)輔助支架1，在不影響格檔中原有布料的情況下，將輔助支架1從模具型腔2中取出，取出的方法可以使用人工或者機(jī)械，根據(jù)實(shí)際情況具體選擇。

步驟3、通過壓機(jī)采用短行程立式將模具型腔2內(nèi)的混合原料一次性壓制成大單重電極塊，每個(gè)壓制的電極塊單重均大于或等于100kg，優(yōu)選的，每個(gè)壓制的電極塊重量為100～150kg，壓機(jī)選用3500t液壓機(jī)。

短行程立式壓制是指壓機(jī)上模架抬起的高度盡量小，立式壓制方向的尺寸是電極塊形狀的最小尺寸，電極塊的高度小于直徑，即電極塊在立式壓制方向上的長(zhǎng)度小于電極塊在垂直立式壓制方向上的長(zhǎng)度，這樣有利于電極塊壓實(shí)密度的均勻性。

步驟4、當(dāng)?shù)谝粋€(gè)電極塊壓制完成后，重復(fù)執(zhí)行步驟1至步驟3，獲取多個(gè)大單重電極塊，并根據(jù)實(shí)際情況，將得到的多個(gè)電極塊組焊為一個(gè)自耗電極。實(shí)際應(yīng)用中，可組焊多個(gè)自耗電極，依次進(jìn)行后續(xù)的真空自耗熔煉。

實(shí)施例1tc20(ti-6al-7nb)合金的φ380-100kg自耗熔煉用電極塊的制備方法：原材料選用0級(jí)海綿鈦、nbti中間合金、工業(yè)純鋁豆，名義配比按照ti-6.2％al-7.0％nb(wt％)。在φ380的模具型腔中預(yù)先放置十字形輔助支架，將型腔分為四等份。分別按25kg的重量配料、稱料四次，倒入四個(gè)格檔中。松動(dòng)取出支架后，一次性壓制成φ380-100kg的tc20鈦合金電極塊。壓成的大單重電極塊厚度約300mm。共制備30個(gè)電極塊，組焊為4個(gè)自耗電極。后續(xù)經(jīng)過真空自耗熔煉3次，獲得φ620-3000kg鑄錠。

而現(xiàn)有技術(shù)中，若需要熔煉φ620-3000kg鑄錠，通常采用常采用分塊壓制，壓制出的每個(gè)電極塊為25kg，在將多個(gè)25kg的電極塊組焊為自耗電極，后續(xù)經(jīng)過真空熔煉得到φ620-3000kg鑄錠。相比來說，這樣操作的缺點(diǎn)是焊點(diǎn)較多，就會(huì)有較大的幾率出現(xiàn)焊接失效。同時(shí)工作效率也較低，問題更突出。

實(shí)施例2tc4(ti-6al-4v)合金的φ460-150kg自耗熔煉用電極塊的壓制方法：原材料選用0級(jí)或1級(jí)海綿鈦、alv55中間合金、工業(yè)純鋁豆，名義配比按照ti-6.2％al-4.2％v(wt％)。在φ460的模具型腔中預(yù)先放置中間圓形，外部發(fā)射形輔助支架，將型腔分為六等份。分別按25kg的重量配料、稱料六次，倒入六個(gè)格檔中。松動(dòng)取出支架后，一次性壓制成φ460-150kg的tc4鈦合金電極塊。壓成的大單重電極塊厚度約280mm。共制備20個(gè)電極塊，組焊為2個(gè)自耗電極。后續(xù)經(jīng)過真空自耗熔煉2次，獲得φ620-3000kg鑄錠。

壓料用輔助支架1可以根據(jù)電極塊的單重，原材料及配料的要求，模具型腔2的規(guī)格等條件設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)，并不局限于本發(fā)明中提到的結(jié)構(gòu)類型。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。