本發(fā)明涉及鈦合金材料加工的，尤其涉及一種鈦合金鑄錠的制備方法，以及根據(jù)這種鈦合金鑄錠的制備方法制造的產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、ti1350是一種超高強鈦合金，室溫拉伸強度≥1300mpa，具有高結(jié)構(gòu)效益和高可靠性的特性，可用于制作飛機起落架和機身、機翼中的各種重要受力結(jié)構(gòu)件。

2、ti1350是β類鈦合金，含有7種、約19％的合金元素，其中含有約7％的mo元素和3％左右的cr元素，單質(zhì)mo的密度為10.2g/cm3，遠高于鈦基體密度4.5g/cm3，所以在熔融狀態(tài)下，受重力影響，mo元素傾向于富集在熔池的下層，并且隨著熔池的加深，富集程度加?。磺以谡婵兆院碾娀∪蹮掃^程中，電極由下至上緩慢熔化，熔池存在時間較長，固液界面沿坩堝由下至上、由邊部向芯部緩慢遷移，較長的熔池存在時間和較慢的凝固速率給mo元素的重力下沉留下了足夠的空間，因此傳統(tǒng)方式熔煉鑄錠中的重力偏析元素mo含量往往鑄錠頭部含量較低，而底部含量較高，這種合金元素的不均勻性往往導(dǎo)致形成β斑或成分超過標準規(guī)定等嚴重缺陷。cr元素的平衡濃度分配系數(shù)k＝0.56，是典型的正偏析元素，在合金凝固過程中會富集在固/液界面前沿，因此其宏觀偏析程度受熔池深度的影響較大，熔池越深，晶粒凝固距離越長，擴散偏析就越嚴重，形成對合金塑性和斷裂韌性有害的β斑，從而不能滿足使用要求。鑄錠的規(guī)格越大，真空自耗熔煉的熔池就越大、越深，高熔點元素夾雜和共析元素偏析抑制的難度越大，鑄錠成分均勻性的控制難度越高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種鈦合金鑄錠的制備方法，其能夠生產(chǎn)出直徑規(guī)格為φ500mm～φ780mm、化學(xué)成分均勻的ti1350鈦合金大規(guī)格鑄錠，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鈦合金鑄錠的制備方法，其包括以下步驟：

3、(1)原料選擇：選取成分合格的海綿鈦、al-85mo中間合金、al-70cr中間合金、al-85v中間合金、al-75nb中間合金、ti-80sn中間合金、

4、al豆、海綿zr作為原料，其中al-85mo、al-85v、al-75nb中間合金的顆粒度分別控制在≤0.8mm、≤3.0mm和≤1.2mm，其他中間合金的最大粒度≤12mm；

5、(2)電極塊制備：采用自動混配料、大噸位立式油壓機進行電極塊壓制；每塊電極塊壓制均包含以下步驟：

6、(2.1)將定量的海綿鈦添加到油壓機模腔的最底部并鋪平；

7、(2.2)混料機攪拌混合一半重量的海綿鈦及中間合金，添加倒入油壓機模腔；

8、(2.3)混料機攪拌混合另外一半重量的海綿鈦及中間合金，添加倒入油壓機模腔；

9、(2.4)啟動大噸位油壓機，完成單塊電極塊壓制；

10、(3)電極焊接：將多個電極塊進行堆垛，采用真空等離子焊箱氬氣保護進行焊接，得到自耗電極；

11、(4)一次熔煉：自耗電極在真空自耗爐內(nèi)進行同牌號輔助電極焊接，然后進行熔煉，熔煉電流為9～14ka，熔煉電壓為29～35v，穩(wěn)弧電流為直流6a～10a，熔煉過程中控制真空度≤10.0pa，熔煉后冷卻時間≥4小時；

12、(5)二次熔煉：一次熔煉后的鑄錠掉頭裝爐，進行輔助電極焊接后，進行第二次熔煉，熔煉電流為13～18ka，熔煉電壓為29～36v，穩(wěn)弧電流為交流(10a～15)a/(6～10)s，熔煉過程中控制真空度≤5.0pa，熔煉后冷卻時間大于5小時；

13、(6)三次熔煉：二次熔煉后的鑄錠掉頭裝爐，進行輔助電極焊接后，進行第三次熔煉，熔煉電流為9～14ka，熔煉電壓為24～36v，穩(wěn)弧電流為(7a～17)a/(4～8)s，熔煉過程中控制真空度≤2.0pa，熔煉后冷卻時間大于7小時；

14、(7)熔煉后的鑄錠經(jīng)機加、切除冒口后得到成品鑄錠。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新性和有益效果如下：

16、1、由于al-80mo的密度為6.81g/cm3，al-85v的密度為5.14g/cm3，al-75nb的密度為5.55g/cm3，均與鈦基體密度存在較大差距(4.3g/cm3)，因此在熔融狀態(tài)下，這些中間合金顆粒會在鈦溶液中下沉，存在因下沉速度過快導(dǎo)致的重力偏析和高密度夾雜風險，因此控制高密度中間合金的顆粒度可有效預(yù)防重力偏析和高密度夾雜。

17、2、在進行電極塊壓制時，每次布料時，密度較大的合金在油壓機模腔下部有所沉積，通過進行分批布料，在單塊電極上的反偏析布料方式，可以改善合金偏析問題。同時在油壓機模腔底部鋪墊一層海綿鈦，以防止含mo元素的微粒度中間合金在壓制時通過間縫隙落到模腔底部，造成mo元素損失或mo元素富集導(dǎo)致mo元素成分控制難度加大，同時電極塊底部的海綿鈦層在鈦合金真空自耗電弧熔煉過程中對重力偏析元素的重力下沉起緩沖帶作用，減輕重力偏析元素向熔池底部富集的趨勢。

18、3、合理設(shè)計熔煉工藝參數(shù)，降低大規(guī)格鑄錠熔煉時的熔池深度。由于熔煉電流電壓與熔池深度正相關(guān)，熔煉電流過大時會造成熔池過深，金屬元素擴散偏析加劇，且柱狀晶傾向于沿徑向發(fā)展；但熔煉電流過低則會導(dǎo)致熔池不健全，惡化鑄錠表面質(zhì)量，同時可能會引起合金化不充分。因此，一次、二次和三次熔煉均采用較低的熔煉電流和熔煉電壓，使熔池的深度降低，縮小熔池凝固前沿過冷區(qū)，抑制cr元素的擴散程度偏析，同時熔池深度降低同樣減少了mo元素在鈦基體溶液中的下降距離，抑制了mo元素的重力偏析；同時在二次熔煉和三次熔煉時采用掉頭裝爐方式，能使mo元素進一步的均勻化。

19、還提供了這種鈦合金鑄錠的制備方法制造的鈦合金鑄錠。

技術(shù)特征：

1.鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于：其包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于：所述步驟(2.1)中，將2kg海綿鈦添加到油壓機模腔的最底部并鋪平；所述步驟(3)中，得到直徑為φ420mm的自耗電極；所述步驟(4)中，在直徑為φ500mm的坩堝內(nèi)進行第一次熔煉，熔煉電流為10ka，熔煉電壓為30v，穩(wěn)弧電流為直流7a；所述步驟(5)中，在直徑為φ580mm的坩堝內(nèi)進行第二次熔煉，熔煉電流為14ka，熔煉電壓為32v，穩(wěn)弧電流為交流12a/8s；所述步驟(6)中，在直徑為φ680mm的坩堝內(nèi)進行第三次熔煉，熔煉電流為12ka，熔煉電壓為26v，穩(wěn)弧電流為9a/6s；所述步驟(7)中，熔煉后的鑄錠經(jīng)機加、切除冒口后直徑為φ680mm得到成品鑄錠。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于：所述步驟(2.1)中，將4kg海綿鈦添加到油壓機模腔的最底部并鋪平；所述步驟(3)中，得到直徑為φ480mm的自耗電極；所述步驟(4)中，在直徑為φ580mm的坩堝內(nèi)進行第一次熔煉，熔煉電流為12ka，熔煉電壓為32v，穩(wěn)弧電流為直流9a；所述步驟(5)中，在直徑為φ680mm的坩堝內(nèi)進行第二次熔煉，熔煉電流為16ka，熔煉電壓為34v，穩(wěn)弧電流為交流14a/9s；所述步驟(6)中，在直徑為φ780mm的坩堝內(nèi)進行第三次熔煉，熔煉電流為13ka，熔煉電壓為28v，穩(wěn)弧電流為12a/7s；所述步驟(7)中，熔煉后的鑄錠經(jīng)機加、切除冒口后直徑為φ780mm得到成品鑄錠。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的鈦合金鑄錠的制備方法制造的鈦合金鑄錠。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開鈦合金鑄錠的制備方法及產(chǎn)品，能夠生產(chǎn)出直徑規(guī)格為Φ500mm～Φ780mm、化學(xué)成分均勻的Ti1350鈦合金大規(guī)格鑄錠，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。方法包括：(1)原料選擇小粒度二元合金；(2)電極塊制備：采用自動混配料、大噸位立式油壓機進行電極塊壓制；(3)電極焊接：將多個電極塊進行堆垛，采用真空等離子焊箱氬氣保護進行焊接，得到自耗電極；(4)一次熔煉：自耗電極在真空自耗爐內(nèi)進行同牌號輔助電極焊接，熔煉；(5)二次熔煉：一次熔煉后的鑄錠掉頭裝爐，輔助電極焊接后，第二次熔煉；(6)三次熔煉：二次熔煉后的鑄錠掉頭裝爐，輔助電極焊接后，第三次熔煉；(7)經(jīng)機加、切除冒口后得到成品鑄錠。

技術(shù)研發(fā)人員：呂亞平,蔡成,樊凱,李超,丁永峰,朱雪峰,彭暉
受保護的技術(shù)使用者：湖南湘投金天鈦業(yè)科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9