CN101181744B

CN101181744B - 一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法

Info

Publication number: CN101181744B
Application number: CN2007101885464A
Authority: CN
Inventors: 杨英丽; 吴金平; 赵彬; 林桥; 赵恒章; 殷京瓯; 苏航标; 郭荻子
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Xian Rare Metal Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: CN101181744A

Abstract

本发明公开了一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，该方法的过程是：将高熔点、高比重的合金组元粉末与钛粉末按一定比例在混料机上经一定时间混料后，将混合均匀的双金属或多金属粉末制备为合金包，合金包加入到基体材料中，压制电极块，组焊电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，最终制备出均质的钛合金铸锭。本发明制备工艺简单、成本低、生产组织便捷，可大大提高此类钛合金铸锭工业化生产的效率，适用于各种含高熔点、高比重组元的二元系或多元系钛合金铸锭的制备。

Description

一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法

技术领域

本发明涉及一种钛合金铸锭的制备方法，特别是涉及一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法。

背景技术

含有高熔点、高比重组元的钛合金材料，如Ti-Ta、Ti-Ta-Nb、Ti-Mo、Ti-W、Ti-Hf系合金，由于其优良的耐蚀性能及生物相容性，在核工业、医疗、化工等领域具有广阔的应用前景。这类钛合金含有钽、铌、钨、钼、铪等元素，与钛相比，具有熔点高、比重大的特点。使用普通的熔炼工艺，难于合金化，易在铸锭中形成高密度夹杂，影响钛合金铸锭的质量。

目前，此类钛合金的熔炼有两种技术的解决办法：一是采用真空等离子冷床炉熔炼；二是将合金元素制备为中间合金，加入到电极块中，在真空自耗电弧炉中熔炼。

采用等离子冷床炉直接熔炼，是将高熔点、高比重的组元合金粉、板条或颗粒与海绵钛压制电极后，通过惰性气体(氦气或氩气)保护，直接在高能量的等离子束下进行熔炼，该工艺方法简单，但目前我国仅有一台可熔炼100Kg的真空等离子冷床炉，设备运转不正常，且熔炼价格昂贵，不适合批量钛合金铸锭的生产。

电极中加入中间合金，在真空电弧炉中熔炼是目前普遍采用的方法。由于此类含高熔点、高比重组元钛合金中不含有Al元素，难于用常规的铝热法制备中间合金。目前，制备此类中间合金主要有两种方法：1)采用粉末冶金的方法。通过钛粉与高熔点、高比重的组元粉末混合-压型-烧结成条或块状中间合金。最后将中间合金加入到电极中进行真空自耗电弧熔炼；2)通过等离子弧直接熔炼制备中间合金。将一定比例的高熔点、高比重的合金组元与钛在高能量的等离子弧下进行熔炼，形成中间合金。这两种方法的缺点是：工艺复杂，成本高；出现杂质超标(中间环节易带入杂质)，制备出来的中间合金韧性好，难于破碎，实际生产中，具体操作有困难，不适合批量化生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、低成本的、成材率高，能满足工业化生产的含合金组元的钛合金铸锭的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于该方法的步骤为：

(1)将合金组元粉末与钛粉末在粉末混料机上充分混合均匀，所述钛粉与合金组元粉末的混合比例≥1∶1；

(2)用包裹物将步骤(1)混合均匀的粉末包裹，制备成合金包；

(3)将步骤(2)制备的合金包均布到基体中，在压力机上压制成电极块；

(4)将电极块组焊成电极，将所述电极在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，制备出均质钛合金铸锭。

所述合金组元为钽、铌、钼、钨和铪中的一种或几种；所述合金组元粉末粒度≥200目，所述钛粉末粒度≥100目；所述包裹物为钛箔或硫酸纸；所述钛箔的厚度≤0.3mm；所述基体为海绵钛，或海绵钛与海绵锆的混合物，或海绵钛与铌屑的混合物，或海绵钛与铌钛中间合金的混合物，或海绵钛、海绵锆及铌屑的混合物，或海绵钛、海绵锆及铌钛中间合金的混合物；所述基体在电极块中为两层不同粒度的颗粒组成，其中细颗粒基体粒径为≤5mm的颗粒。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明简化了工艺流程，降低了因为复杂工艺过程而带入杂质的可能，减少了生产中对相关模具及设备的依赖，降低了生产成本，有利于规模化生产。

附图说明

图1为本发明制备的电极块的结构示意图。

图中：1-包裹物，2-合金混合粉末，3-细颗粒基体，4-基体。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

具体实施方式

实施例1

吨级φ460mm Ti-6Ta合金铸锭的制备工艺过程如下：

(1)混粉：Ti粉粒度-100～-200目，Ta粉粒度-200～-235目，在V型混料机上按Ti粉∶Ta粉＝3∶2的比例混合粉末，混粉速度：50～120r/min，混粉时间1～8小时。

(2)制备合金包：用0.3mm厚的钛箔将混合均匀的混合粉末包成合金包，混合粉末在合金包纵向上均匀分布。

(3)压制电极：采用3000吨的油压机压制电极块，在压型模具下模中，先铺一层海绵钛基体，然后铺一层细颗粒海绵钛基体，放入合金包，再铺一层细颗粒海绵钛，再放入一合金包，再铺一层细颗粒海绵钛，然后，加入剩余的海绵钛，保证两合金包在电极块中均匀分布，最后压制成电极块。

(4)熔炼：通过氩弧焊将电极块焊接成电极。在普通真空自耗电弧炉上熔炼φ280mm的1次锭、φ390mm的2次锭、φ460mm的3次锭。1次熔炼电流、电压分别为12～13KA、33～37V。2次熔炼电流、电压分别为9～10KA、32～34V；3次锭熔炼电流、电压分别为：10～11KA、32～34V。

3次铸锭的横向低倍显示铸锭内无不熔夹杂物的存在。纵向上的Ta成份波动不大，控制在6±0.2wt％之内，C、N、H、O、Fe等杂质元素的含量也控制在较低的水平。横向上的Ta成份均匀性较好，控制在6±0.13wt％之内。

实施例2

Ti-5Ta-1.8Nb合金铸锭的制备工艺过程如下：

(1)混粉：Ti粉粒度-100～-200目，Ta粉粒度-200～-325目，在V型粉末混料机上按Ti粉∶Ta粉＝3∶2的比例混合粉末，混粉速度：50～120r/min，混粉时间1～8小时。

(3)基体：将Nb-Ti中间合金丝剪成小段，并与海绵钛混合形成海绵钛基体。

(4)压制电极：采用500吨的油压机压制电极块，在压型模具下模中，先铺一层海绵钛基体，然后铺一层细颗粒海绵钛基体，放入合金包，再铺一层细颗粒海绵钛，然后，加入剩余的海绵钛基体。最后压制成电极块。

(5)熔炼：通过氩弧焊将电极块焊接成电极。在普通真空自耗电弧炉上熔炼φ60mm的1次锭、φ105mm的2次锭。1次锭熔炼电流、电压分别为：12～13KA、33～37V。2次锭熔炼电流、电压分别为：9～10KA、32～34V。

Ti-5Ta-1.8Nb合金二次铸锭的纵、横向低倍显示：铸锭内无不熔夹杂物存在。

Ta成份波动不大，铸锭纵向Ta成份控制在5±0.2wt％之内，Nb成份控制在1.8±0.12wt％，C、Fe等杂质元素的含量也控制在较低的水平。

Claims

1.一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于该方法的步骤为：

(2)用包裹物将步骤(1)混合均匀的粉末包裹，制备成合金包；

2.根据权利要求1所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于所述合金组元为钽、铌、钼、钨和铪中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于所述合金组元粉末粒度≥200目，所述钛粉末粒度≥100目。

4.根据权利要求1所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于所述包裹物为钛箔或硫酸纸。

5.根据权利要求4所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于所述钛箔的厚度≤0.3mm。

6.根据权利要求1所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于所述基体为海绵钛，或海绵钛与海绵锆的混合物，或海绵钛与铌屑的混合物，或海绵钛与铌钛中间合金的混合物，或海绵钛、海绵锆及铌屑的混合物，或海绵钛、海绵锆及铌钛中间合金的混合物。

7.根据权利要求1或6所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于所述基体在电极块中为两层不同粒度的颗粒组成，其中细颗粒基体粒径为≤5mm的颗粒。