CN100552063C - 一种洁净钛及钛合金铸锭的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种洁净钛及钛合金铸锭的生产方法，该方法的步骤为：称取海绵钛或纯合金元素、中间合金和海绵钛，将海绵钛或纯合金元素、中间合金和海绵钛压制成电极块，用真空自耗电弧炉将电极熔炼，一次熔炼得到Φ120-300mm铸锭；然后将所得到的铸锭进行电子束冷床熔炼，熔炼结束后，铸锭从铸锭室中取出，得到洁净的钛或钛合金铸锭。本发明生产的钛及钛合金铸锭，化学成分均匀，铸锭宏观组织优于真空自耗电弧熔炼铸锭，无TiN和WC等高熔点夹杂；本发明适用于生产冶金质量要求高的铸锭。
Description
技术领域
本发明涉及一种洁净钛及钛合金铸锭的生产方法，属于铸造技术领域。
背景技术
钛合金因其比强度高、耐腐蚀、耐高温等优点广泛用于航空、航天等领域。大多数钛及钛合金部件是通过海绵钛或纯合金元素、中间合金和海绵钛压制电极块，然后焊接电极块为电极，经真空自耗电弧熔炼成铸锭，经锻造改善组织性能，加工而成的。海绵钛的主要生产方法是Kroll方法，在镁还原和真空蒸馏过程中，由于可能存在的漏气和污染，所生产的海绵钛中不可避免的存在富氮的夹杂，在随后的破碎过程中和回收料中有存在WC高熔点夹杂的可能性。
目前，传统的钛及钛合金铸锭熔炼方法是真空自耗电弧熔炼技术，根据铸锭的化学成分和使用要求，采用二次或三次熔炼。尽管真空自耗电弧熔炼方法已经是成熟的熔炼技术，可以熔炼出化学成分合格的各种钛及钛合金，但由于熔炼过程中电极中的所有原料都进入铸锭中，液态熔池的维持时间较短，这种技术不能有效地去除高熔点的TiN夹杂和WC夹杂。由于TiN夹杂和WC夹杂与基体金属的力学性能不匹配，含有这种夹杂的铸锭在以后的加工中容易开裂产生微裂纹。由于钛合金的杂波高，在大断面和大厚度的部件中，这种小裂纹不能通过无损探伤等技术彻底消除。含有这种冶金缺陷的部件在服役过程中会在微裂纹处造成应力集中，形成裂纹源，引起部件的疲劳失效，造成极大的经济损失。
因此需要采取一种可靠的熔炼技术来消除这种冶金缺陷，生产出无夹杂的洁净钛及钛合金铸锭。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可以有效地去除钛及钛合金原料中的TiN和WC夹杂等冶金缺陷的生产洁净钛及钛合金铸锭的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种洁净钛及钛合金铸锭的生产方法，其特征在于该方法的步骤为：称取海绵钛或称取纯合金元素、中间合金和海绵钛，将海绵钛或纯合金元素、中间合金和海绵钛压制成电极块，将压制成的电极块焊接为电极，用真空自耗电弧炉将所述电极熔炼，一次熔炼得到Φ120-300mm铸锭；然后将所得到的铸锭进行电子束冷床熔炼，熔炼结束后，铸锭从铸锭室中取出，得到洁净的钛或钛合金铸锭；所述纯合金元素和中间合金为钛合金铸锭总重量的0％-20％，所述中间合金是与钛熔点或密度接近的合金。
所述真空自耗电弧熔炼的熔炼真空度低于5Pa，熔炼电流4-10kA，熔炼电压30-35V；所述电子束冷床熔炼的熔炼真空度低于5×10-2Pa，熔炼速度为70-150kg/h，熔炼功率为100-300kW。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明生产的钛及钛合金铸锭，化学成分均匀，铸锭宏观组织优于真空自耗电弧熔炼铸锭，无TiN和WC等高熔点夹杂；本发明适用于生产冶金质量要求高的铸锭。
具体实施方式
实施例1
工业纯钛TA2的熔炼。将一级海绵钛压制电极，电极块单重17kg，然后焊接电极，电极长度约为2400mm。在真空自耗电弧炉上熔炼一次成Φ215mm铸锭，熔炼真空度低于5Pa，熔炼电流5kA，熔炼电压31V。然后通过一次电子束冷床熔炼，形成Φ215mm铸锭。熔炼真空度低于5×10-2Pa，熔炼速度为100kg/h，熔炼功率为200kW。熔炼所得铸锭表面光洁，无皮下气孔，冷隔等。铸锭凝固组织很好。将铸锭锻造成Φ30mm棒材，表面车光，经0.8mm平底孔超声探伤，未发现TiN和WC夹杂。
实施例2
TC4合金的熔炼。根据合金成分要求，称量Al-V中间合金1.084kg，Al豆0.756kg，海绵钛14.16kg，混合后，压制电极块，电极块单重16kg，然后焊接电极，电极长度约为2400mm。在真空自耗电弧炉上熔炼一次成Φ215mm铸锭，熔炼真空度低于5Pa，熔炼电流5.5kA，熔炼电压31V。然后通过电子束冷床熔炼一次，形成Φ215mm铸锭。熔炼真空度低于5×10-2Pa，熔炼速度为100kg/h，熔炼功率为220kW。铸锭表面光洁，无皮下气孔，冷隔等。铸锭凝固组织很好，心部是等轴晶，外部是柱状晶。化学成分均匀。将铸锭锻造成Φ30mm棒材，表面车光，经0.8mm平底孔超声探伤，未发现TiN和WC夹杂。
实施例3
Ti62222S的熔炼。根据合金成分要求，称量Al豆0.775kg，Al-Mo中间合金0.489kg，Al-Si中间合金0.288kg，Ti-Sn中间合金0.651kg，Zr0.320kg，Cr0.352kg，海绵钛13.125kg，压制电极块，电极块单重16kg，然后焊接电极，电极长度约为2400mm。在真空自耗电弧炉上熔炼一次成Φ215mm铸锭，熔炼真空度低于5Pa，熔炼电流5.5kA，熔炼电压31V。然后通过电子束冷床熔炼一次，形成Φ215mm铸锭，熔炼真空度低于5×10-2Pa，熔炼速度为100kg/h，熔炼功率为220kW。铸锭表面光洁，无皮下气孔，冷隔等。铸锭凝固组织很好，心部是等轴晶，外部是柱状晶。化学成分均匀。将铸锭锻造成Φ30mm棒材，表面车光，经0.8mm平底孔超声探伤，未发现TiN和WC夹杂。
名词解释：所述中间合金是与钛熔点或密度接近的含有所需添加合金元素的合金。
Claims (1)
1、一种洁净钛及钛合金铸锭的生产方法，其特征在于该方法的步骤为：称取海绵钛或称取纯合金元素、中间合金和海绵钛，将海绵钛或纯合金元素、中间合金和海绵钛压制成电极块，将压制成的电极块焊接为电极，用真空自耗电弧炉将所述电极熔炼，一次熔炼得到120-300mm铸锭；然后将所得到的铸锭进行电子束冷床熔炼，熔炼结束后，铸锭从铸锭室中取出，得到洁净的钛或钛合金铸锭；所述纯合金元素和中间合金为钛合金铸锭总重量的0％-20％；所述真空自耗电弧熔炼的熔炼真空度低于5Pa，熔炼电流4-10kA，熔炼电压30-35V；所述电子束冷床熔炼的熔炼真空度低于5×10-2Pa，熔炼速度为70-150kg/h，熔炼功率为100-300kW。
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