一種高均勻性WSTi62441S鈦合金鑄錠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高均勻性WSTi62441S鈦合金鑄錠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]WSTi62441S 鈦合金名義成分為:T1-6Al-2Sn-4Zr-4Mo_lW-(X 2Si，屬于熱強(qiáng)高溫α+β型鈦合金，使用溫度在500?550°C，主要使用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)盤(pán)和葉片。
[0003]此鈦合金含有6個(gè)主元素，每個(gè)主元素的物理化學(xué)性能不一樣。熔煉鑄錠時(shí)，每種元素的均勻性控制存在一定的技術(shù)難度。例如此鈦合金含有高熔點(diǎn)元素Mo (熔點(diǎn)為2625V )和W(熔點(diǎn)為3423°C)，及易揮發(fā)元素Sn，以及微量元素Si。如控制不當(dāng)，有可能降低鑄錠質(zhì)量，直接影響后續(xù)的加工產(chǎn)品性能。同時(shí)，此鈦合金要求嚴(yán)格控制雜質(zhì)和間隙元素的含量(Fe彡0.15%、N彡0.05%、O彡0.15%、H彡0.01% )，以保證該材料具有良好的工藝性能和力學(xué)性能，以上要求均為熔煉工作中的技術(shù)難點(diǎn)。
[0004]常規(guī)的鈦合金鑄錠熔煉工藝如TC4鑄錠熔煉工藝由于涉及的成分主元素(3個(gè))小于此鈦合金的成分主元素(6個(gè))，同時(shí)不包含高熔點(diǎn)元素Mo、W等，其工藝不足以使此鈦合金各組元成分合金化和均勻化，已不適用此鈦合金鑄錠的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高均勻性WSTi62441S鈦合金鑄錠的制備方法，能使該鈦合金各組元成分充分合金化和均勻化，解決了現(xiàn)有制備方法存在的成分偏析，雜質(zhì)和間隙元素的含量控制性差，批次穩(wěn)定性低的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種高均勻性WSTi62441S鈦合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:混料
[0008]選用I級(jí)或O級(jí)海綿鈦，與中間合金Al-Mo合金按Mo含量3.5%?4.5%比例配入，T1-Sn合金按Sn含量1.0%?2.5%比例配入，AlMoffTi合金按W含量0.4?1.5%比例配入，Al含量按6.0 %?7.0 %比例配入，海綿鋯按Zr含量3.0?4.5 %比例配入，T1-Si合金按Si含量0.2%?0.25%配入，采用單塊混料方法進(jìn)行混料；
[0009]步驟2:自耗電極壓制及焊接
[0010]對(duì)步驟I混好的料進(jìn)行電極壓制，采用非鎢極氬氣保護(hù)等離子箱將壓制好的電極塊焊接為自耗電極；
[0011]步驟3:熔煉
[0012]采用真空自耗電弧爐對(duì)步驟2得到的自耗電極進(jìn)行多次真空熔煉，熔前真空度(2.0Pa,熔煉電壓30?40V，熔煉電流10?35kA，漏氣率彡0.8Pa/min，穩(wěn)弧電流3?20A，熔煉后冷卻時(shí)間不小于4小時(shí)，得到高均勻性WSTi62441S鈦合金鑄錠。
[0013]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0014]步驟I混料后得到合金配比的質(zhì)量百分比為:A1為6.0%?7.0%、Sn為1.0%?
2.5 %、Mo 為 3.5 % ?4.5 %、Zr 為 3.0 % ?4.5 %，Si 為 0.20 % ?0.25 %，W 為 0.4 % ?1.5%，其余為T(mén)i，各元素質(zhì)量百分比之和為100%。
[0015]步驟2中壓制的壓強(qiáng)不小于20MPa，保壓時(shí)間不小于3s。
[0016]步驟2中焊接的電流不小于250A，焊接電壓不小于40V。
[0017]步驟3的多次真空熔煉為三次真空熔煉，具體為:
[0018]一次熔煉:結(jié)晶器規(guī)格Φ280?0560mm，熔前真空度彡2.0Pa，熔煉電壓30?40V，熔煉電流10?20kA，漏氣率控制在0.8Pa/min以下，穩(wěn)弧電流采用直流3?18A，熔煉后冷卻時(shí)間不小于4小時(shí)，熔煉完成后需在車(chē)床上做平頭處理；
[0019]二次熔煉:平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，結(jié)晶器規(guī)格Φ440??640mm，熔前真空度(1.0Pa，熔煉電壓30?45V，熔煉電流12?30kA ;漏氣率控制在0.8Pa/min以下，穩(wěn)弧電流采用交流5?20A，熔煉后冷卻時(shí)間不小于6小時(shí)；
[0020]三次熔煉:將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，結(jié)晶器規(guī)格Φ560?Φ 720mm，熔前真空度彡0.8Pa，熔煉電壓30?45V，熔煉電流20?35kA ;漏氣率彡0.5Pa/min，穩(wěn)弧電流采用交流8?20A，熔煉后冷卻時(shí)間不小于6小時(shí)。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種高均勻性WSTi62441S鈦合金鑄錠的制備方法，通過(guò)合理的合金比例進(jìn)行混料，對(duì)電極進(jìn)行多次真空熔煉并合理控制熔煉的工藝參數(shù)，能使該鈦合金各組元成分充分合金化和均勻化，解決了現(xiàn)有制備方法存在的成分偏析，雜質(zhì)和間隙元素的含量控制性差，批次穩(wěn)定性低的問(wèn)題，制備的WSTi62441S鈦合金元素成分均一、批次穩(wěn)定性良好，適用于Φ560?Φ720mm規(guī)格WSTi62441S鈦合金鑄錠的工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1 (a)是對(duì)采用本發(fā)明方法得到的鑄錠縱向5點(diǎn)取樣示意圖；
[0023]圖1 (b)是對(duì)采用本發(fā)明方法得到的鑄錠橫向9點(diǎn)取樣示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1得到的鑄錠縱向5點(diǎn)化學(xué)成分圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1得到的鑄錠橫向9點(diǎn)化學(xué)成分圖；
[0026]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2得到的鑄錠縱向5點(diǎn)化學(xué)成分圖；
[0027]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2得到的鑄錠橫向9點(diǎn)化學(xué)成分圖；
[0028]圖6是本發(fā)明實(shí)施例3得到的鑄錠縱向5點(diǎn)化學(xué)成分圖；
[0029]圖7是本發(fā)明實(shí)施例3得到的鑄錠橫向9點(diǎn)化學(xué)成分圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]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(shuō)明。
[0031]本發(fā)明一種高均勻性WSTi62441S鈦合金鑄錠的制備方法，具體包括以下步驟:
[0032]步驟1:混料
[0033]選用I級(jí)或O級(jí)海綿鈦，與中間合金Al-Mo合金按Mo含量3.5%?4.5%比例配入，T1-Sn合金按Sn含量L 0%?2.5%比例配入，AlMoWTi合金按W含量0.4%?L 5%比例配入，Al含量按6.0 %?7.0 %比例配入，海綿鋯按Zr含量3.0 %?4.5 %比例配入，T1-Si合金按Si含量0.2%?0.25%配入，采用單塊混料方法進(jìn)行混料，得到合金配比的質(zhì)量百分比為:A1 為 6.0%?7.0%、Sn 為 1.0%?2.5%、Mo 為 3.5%?4.5%、Zr 為 3.0%?4.5%，Si為0.20%?0.25%，W為0.4%?1.5%，其余為T(mén)i，各元素質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0034]步驟2:自耗電極壓制及焊接
[0035]采用大型油壓機(jī)對(duì)步驟I混好的料進(jìn)行電極壓制，壓制的壓強(qiáng)不小于20MPa，保壓時(shí)間不小于3s，采用非鎢極氬氣保護(hù)等離子箱將壓制好的電極塊焊接為自耗電極，要求焊接電流不小于250A，焊接電壓不小于40V ；
[0036]步驟3 ??熔煉
[0037]采用真空自耗電弧爐對(duì)步驟2得到的自耗電極進(jìn)行三次真空熔煉，具體為:
[0038]一次熔煉:結(jié)晶器規(guī)格Φ280?0560mm，熔前真空度彡2.0Pa，熔煉電壓30?40V，熔煉電流10?20kA，漏氣率控制在0.8Pa/min以下，穩(wěn)弧電流采用直流3?18A，熔煉后冷卻時(shí)間不小于4小時(shí)，熔煉完成后需在車(chē)床上做平頭處理；
[0039]二次熔煉:平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，結(jié)晶器規(guī)格Φ440??640mm，熔前真空度(1.0Pa，熔煉電壓30?45V，熔煉電流12?30kA ;漏氣率控制在0.8Pa/min以下，穩(wěn)弧電流采用交流5?20A，熔煉后冷卻時(shí)間不小于6小時(shí)；
[0040]三次熔煉:將二次熔煉后平頭處理的鑄錠掉頭熔煉，結(jié)晶器規(guī)格Φ560?Φ 720mm，熔前真空度彡0.8Pa，熔煉電壓30?45V，熔煉電流20?35kA ;漏氣率彡0.5Pa/min，穩(wěn)弧電流采用交流8?20A，熔煉后冷卻時(shí)間不小于6小時(shí)。
[0041]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)合理的合金比例進(jìn)行混料，對(duì)自耗電極進(jìn)行多次真空熔煉并合理控制熔煉的工藝參數(shù)，能使WSTi62441S鈦合金鑄錠各組元成分充分合金化和均勻化，鑄錠合金元素在鑄錠縱向和橫向上分布均勻，有效的解決了成分偏析，雜質(zhì)和間隙元素的含量控制性差，批次穩(wěn)定性低的問(wèn)題，適用于Φ560?Φ720πιπι規(guī)格WSTi62441S鈦合金鑄錠的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0042]實(shí)施例1
[0043]步驟1:混料
[0044]選用I級(jí)以上海綿鈦，與中間合金Al-Mo合金按Mo含量4.0 %比例配入，T1-Sn合金按Sn含量1.0%比例配入，AlMoWTi合金按W含量1.5%比例配入，Al含量按7.0%比例配入，海綿鋯按Zr含量3.0%比例配入，T1-Si合金按Si含量0.23%配入，采用單塊混料方法進(jìn)行混料，得到合金配比的質(zhì)量百分比為:A1為7.0%、Sn為1.0%、MoS4.0%、ZrS3.0%，W為1.5%，Si元素為0.23%，其余為T(mén)i，各元素質(zhì)量百分比之和為100% ；
[0045]步驟2:自耗電極壓制及焊接
[0046]采用大型油壓機(jī)對(duì)步驟I混好的料進(jìn)行電極壓制，壓制壓強(qiáng)20MPa，保壓時(shí)間6s，采用非鎢極氬氣保護(hù)等離子箱將壓制好的電極塊焊接為自耗電極，焊接電流250A，焊接電壓 40V ；
[0047]步驟3:采用真空自耗電弧爐對(duì)步驟2得到的自耗電極進(jìn)行三次真空熔煉，具體為:
[0048]一次熔煉:結(jié)晶器規(guī)格Φ360mm，熔前真空度< 2.0Pa，熔煉電壓30?36V，熔煉電流10?16kA，漏氣率控制在0.8Pa/min以下，穩(wěn)弧電流采用直流3?10A，熔煉后冷卻時(shí)間6小時(shí)，熔煉完成后需在車(chē)床上做平頭處理；
[0049]二次熔煉:平頭處理的鑄錠掉頭熔煉；結(jié)晶器規(guī)格Φ440mm，熔前真空度< 1.0Pa,熔煉電壓30?40V，熔煉電流12?18kA ;漏氣率控制在0.8Pa/min以下，穩(wěn)弧電流采用交流6?12A，熔煉