CN101608273A

CN101608273A - 新型高铝钛合金

Info

Publication number: CN101608273A
Application number: CNA2008100687812A
Authority: CN
Inventors: 吴彬; 赵向阳; 张建中; 单戟; 张大勇
Original assignee: Zunyi Boyu Titanium Co Ltd
Current assignee: Zunyi Boyu Titanium Co Ltd
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-12-23

Abstract

本发明涉及一种新型铝钛合金，它是在真空自耗电弧炉内，经二次熔炼而成的新型轻质高温结构材料，γ－TiAl金属间化合物基合金，铝的含量占30－40％，钛的含量占70－60％，合金的钛元素用纯度为99％的海绵钛，添加剂用纯度为99％以上的纯铝合金材料。密度为3.76－3.9g.cm^－3，蠕变极限温度1038℃，900℃弹性模量140Gpa，抗拉强度450－700MPa，机械性能介于纯钛与陶瓷之间，目前国内是空白，既无牌号，也无标准的新型高铝钛合金材料。

Description

新型高铝钛合金

技术领域

本发明涉及铝钛合金冶炼生产技术领域，尤其涉及一种新型高铝钛合金。

背景技术

铝钛合金又称γ-TiAl金属间化合物基合金，是一种新型轻质高温材料，它的机械性介于纯钛与陶瓷之间，活性与钛相似，铝钛合金是由金属间γ相TiAl和a相TiAl构成，合金的机械性能决定于这二相的相对体积比，该体积比主要是由铝含量的多少来确定，这种合金不但具有非常好的抗拉强度而且具有比重较轻的特点，因此在现代发电设备以及航天航空发动机中得到应用。γ-TiAl合金属高活性金属，熔炼过程中极易遭受污染，因此，获得成分均匀、准确、杂质元素含量低的γ-TiAl合金是本技术的关键。经检索国内还没有该种含量的高铝钛合金，国内是空白，既无牌号又无标准，也未见相同产品的报道。

发明内容

本发明的目的是针对目前还没有含钛含铝均很高的特殊铝钛合金材料品种，从而提供一种新型高铝钛合金，用于特殊的行业。

采用的技术方案如下：

1、γ-TiAl合金配方，选用纯度为99.1％的海绵钛，合金添加剂采用纯度为99％以上的纯铝，海绵钛在合金中的含量占70％-60％，纯铝在合金中的含量占30％-40％，纯铝在合金熔铸中最佳含量为30％-35％。根据海绵钛和纯铝的化学成分检测出的元素精确含量，按上述各占的含量比范围精确计算合金中海绵钛和纯铝所需的具体准确用量，2、混料及电极压制：根据所要压制电极块的尺寸，采用添加铝金属包并分层加入方式，即将颗粒状纯铝，根据需要量分成若干等份，用铝箔把每一份颗粒状纯铝包裹成铝金属包，将精确称量的海绵钛填放在成型模里，铺垫一定的厚度，再往成型模里加铝金属包，铝金属包堆积一定厚度，再将海绵钛全部放入成型模中，覆盖铝金属包达一定的厚度，最后用油压机压制成电极块。3、制备电极：将上述压制的电极块组，焊接成一次熔炼电极，根据焊接成的熔炼电极外形尺寸焊接一保型架，选择合适的坩埚将焊接好的一次熔炼电极，放入自耗电弧炉内进行铝钛合金的一次真空熔炼，熔炼后铸锭，待冷却后，还要进行第二次熔炼，二次熔炼前将一次熔炼的铝钛合金铸锭在车床上去掉端部上的“飞边”，将两个一次熔炼后的铸锭组，焊接成一根作为二次熔炼电极，第二次熔炼电极的焊接采用真空熔焊方式进行焊接，焊接后的二次熔炼电极根据铸锭的规格，选用适合的坩埚，将二次熔炼电极放入真空自耗电弧炉内进行熔炼，熔炼完成后。铸锭熔炼的二次锭需要在车床上车削掉铸锭的氧化皮层和皮下气孔，行业内称扒皮。

4、铝钛合金铸锭的检验：熔炼后的一次铸锭和二次铸锭均要对铸锭中的Al、C、O、N、H、Fe六大关键元素含量以及Al、Ti在铝钛合金中是否符合规定要求进行检验分析，还要检测所含成份分布的均匀性，最后得到各项指标符合要求，含钛量达70-60％，含铝量达30-40％的高铝钛合金产品。

采用本技术方案所生产的高铝钛合金产品的性能指标为：

密度：3.76-3.9(g.cm^-3)

弹性模量：160-180(Gpa)

蠕变极限温度：1038℃

室温塑性：1-3％

高温塑性：10-60％

900℃弹性模量：140(Gpa)

抗拉强度：450-700(Mpa)

屈服强度：400-630(Mpa)。

附图说明

图1为本发明的高钛铝合金工艺路线流程方框图。

具体实施方式

本发明的高铝钛合金，即γ-TiAl金属间化合物基合金，是一种新型轻质高温结构材料，机械性能介于纯钛与陶瓷之间，活性与钛相似，属高活性金属，它是通过下面的技术方案来获得的。

根据附图中提供的工艺流程方框图，经10个工序得到最终产品，即经过用原料海绵钛、合金添加剂，配料、混料、压制电极、制备电极后进行一次熔炼，再进行制备二次电极，经二次熔炼，进行扒皮平头，对铸锭检验，其各项含量指标符合要求，即成为合格铸锭。

下面按上述工艺步骤再详细的说明其生产过程，所采用下面的技术方案来获得该高铝钛合金：

1、γ-TiAl合金的配方(1)基础元素配置：γ-TiAl合金的基础元素为海绵钛，纯度为99.1％，海绵钛在合金熔铸中所占含量比为70％-60％；(2)合金添加剂：γ-TiAl合金添加剂采用纯度为99％以上的纯铝，纯铝在合金熔铸中所占的含量比为30％-40％；纯铝在合金熔铸中所占的最佳含量比为30％-35％。

2、配料：根据基础元素海绵钛和纯铝的化学成分检测报告中所给出的元素含量，按油压机压制电极块的能力，以及真空自耗弧炉的熔炼能力，选择海绵钛的含量范围70％-60％和纯铝的含量30％-40％，精确计算合金中海绵钛和纯铝所需的准确具体用量。

3、混料及压制电极：由于纯铝的密度小，所占的体积又大，如果选择海绵钛和纯铝直接混料，在压制过程中就造成难以脱膜，为了克服这一缺陷，根据海绵钛和纯铝的含量配比，选择混料方式，成为关键，首先根据所要压制电极块的尺寸，精确称量海绵钛及纯铝的重量，添加纯铝的方式，采用添加合金包和分层加入法，即将颗粒状的纯铝根据实际需要分成数等份，用铝箔将每一份颗粒状纯铝包裹成5cm³大小的铝金属包，通称合金包，然后精确称量海绵钛；先往下成型模里放入海绵钛，铺成10cm厚度再逐一往成型模里加铝包，铝包的厚度达15cm，再将海绵钛全部放入模中，厚度为15cm，最后用油压机压制成电极块。

4、电极制备：(1)、一次电极焊接：将上述压制的电极块组焊接成一次熔炼电极，还要根据焊接成的熔炼电极外形尺寸焊接保型架。(2)、二次电极焊接铝钛合金在一次熔炼过程中以及在冷却过程中，出现成分不均匀和温度不均匀现象，因而在锭子的内部存在应力，且铝钛合金存在室温脆性的问题，若纯钛二次电极焊接按一次焊接的方式进行焊接，在焊接处周围就会出现大大小小的裂纹，甚至还会出现脱落的现象，焊接效果远远不能满足熔炼要求，为克服上述存在的弊端，二次电极焊接采用真空熔焊方式进行焊接，即在真空状态下用电弧进行焊接，在真空熔焊过程中，选择焊接电流焊接电压，以及焊接真空度是关键，上述焊接工艺参数的选择是否恰当，直接影响焊接的质量和熔炼过程。

5、熔炼：(1)一次熔炼：根据一次熔炼电极的规格选择合适的坩埚，将焊接好的一次熔炼电极放入真空自耗电弧炉内，将真空度抽至5Pa以内方可进行熔炼，一次熔炼的电流控制在5-8.5KA，熔炼电压控制压24-26V，稳弧电流控制压2.5-3.5A，熔炼结束后铸锭冷却，冷却时间在90min以上。(2)二次熔炼：将两个一次熔炼后的铸锭组，焊接成一根，作二次熔炼电极，根据铸锭的规格，选择适合的坩埚，将二次熔炼电极放入真空自耗电弧炉内，真空度抽至5Pa以内，进行熔炼，熔炼电流控制在5-8KA，熔炼电压控制在23-28V，稳弧电流控制在25A，熔炼完后，铸锭冷却15小时后方可出炉。

6、平头、扒皮：将两根熔炼一次铸锭在车床上去掉一次熔炼后，端部所形成的“飞边”，然后进行二次电极焊接，进行二次熔炼。熔铸的二次锭需要在车床上扒皮，即车削掉铸锭的氧化皮和皮下气孔。

7、铝钛合金铸锭检验：将熔炼后的一次铸锭进行平头的同时，在铸锭的上、中、下及端部取样，检测分析铸锭中的Al、C、O、N、H、Fe六个关键元素的含量，二次铸锭扒皮后同样需在铸锭的上、中、下及端部取样，检测分析铸锭中的Al、C、O、N、H、Fe六个关键元素的含量，通过分析一次铸锭和二次铸锭中上述关键元素的含量，检测分析经两次熔炼后，铝元素在钛铝合金中的含量情况及时调整熔炼工艺方案，使其最终能获得成分均匀，各项指标，尤其是铝、钛元素的含量达到规定的标准即为合格的γ-TiAl铝钛合金铸锭。本技术方案所得的高铝钛合金产品，达到的钛的含量达70-60％，铝的含量达30-40％，钛的最佳含量70-65％，铝的最佳含量30-35％。

Claims

1、一种新型高铝钛合金，它是用5000吨油压机压制成熔炼电极块，在真空自耗电弧炉内，经二次熔炼得到新型轻质高温结构材料，γ-TiAl金属间化合物基合金，其特征在于：高铝钛合金材料中，铝的含量比占30-40％，钛的含量比占70-60％，γ-TiAl合金的基础元素用纯度为99.1％的海绵钛，合金添加剂用纯度为99％以上的纯铝。

2、根据权利要求1的新型高铝钛合金，其特征在于：纯铝在合金中所占的最佳含量比为30-35％，纯钛在合金中所占的最佳含量比为70-65％。

3、根据权利要求1的新型高铝钛合金，其特征在于：混料压制电极时，采用铝箔包裹海绵钛制成5cm³的合金包，分层放置在成型模里，底层放置一层海绵钛，中间放置铝箔合金包，上层覆盖海绵钛的方式，用5000吨油压机压制成电极块。

4、根据权利要求1的新型高铝钛合金，第二次熔炼前，需进行二次电极焊接，其特征在于：二次电极焊接采用真空电弧熔焊。

5、根据权利要求1的新型高铝钛合金，其特征在于：一次熔炼时真空自耗电弧炉的真空度在5Pa以内，电流5-8.5KA，电压在24-26V，稳弧电流2.3-3.5A；二次熔炼，真空自耗电弧炉的真空度5Pa以内，熔炼电流5-8KA，电压在23-28V。

6、根据权利要求1的新型高铝钛合金，其特征在于：分层放置在成型模里的底层海绵钛厚度为10cm，中间层铝箔合金包厚度为15cm，上层覆盖海绵钛的厚度为15cm。