CN101967569A - 一种含钨钛合金的熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含钨钛合金的熔炼方法：以重量百分比计，在颗粒状或屑状钛合金原材料混料时加入0.1％～10％的钨粉，然后经多次真空自耗电弧熔炼获得成分均匀含钨钛合金铸锭。本发明采用钨粉作为原料加入含钨钛合金中，由于省略了从钨粉由粉末冶金和后续的变形加工工艺进行制备成钨棒，再由钨棒和海绵钛经真空自耗电弧熔炼形成钛钨中间的过程，大幅降低了含钨钛合金的生产成本，可获得成分均匀，无偏析及夹杂的含钨钛合金铸锭，可带来显著的经济效益。

Description

一种含钨钛合金的熔炼方法
技术领域
本发明属于钛合金技术领域，涉及一种钛合金的熔炼方法，尤其是一种含钨钛合金的熔炼方法。
背景技术
钛合金是当前制造航空、航天飞行器所必须的先进材料，且随着对飞行器性能要求的提高，对钛合金的内部质量的要求也越来越高。同时，钛合金在制备过程需要消耗大量的电力，使得钛合金的成本高昂，从而限制了钛合金的进一步应用，因此需要不断的降低钛合金的制造成本。
高温钛合金以其优良的热强性和高比强度，在航空发动机上获得了广泛的应用。为了满足设计高性能航空发动机的需求，目前，各国十分重视对高温钛合金的研制与开发。在钛合金中加入钨可显著提高合金的室温及高温强度、持久强度和抗蠕变性能。虽然W也是一种共析型β元素，但是它的共极反应温度较高(715℃)，因此可以认为含W的合金比含Cr的合金具有更好的热稳定性和更高的热强性能，是一种很好的合金化元素。然而，钨的熔点极高，为3410℃，传统上在钛中加入钨是先采用钨粉经粉末冶金的方法形成钨棒，然后采用钨棒和海面钛压制成电极后经真空自耗电弧熔炼形成钛钨中间合金，最后采用钛钨中间合金按量加入所要熔炼的钛合金中。可以看出，采用这种方式加入钨元素的中间过程繁多，且不易控制，从而大幅增加钛合金的成本，含钨钛合金质量稳定性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种含钨钛合金的熔炼方法，该方法在传统的工艺路线基础上，采用低成本的钨粉代替成本高昂的钛钨中间合金作为原料，采用多次真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼获得成分均匀的含钼钛合金铸锭。其即能有效提高制备的含钨钛合金的性能，又能实现大规模生产钛合金的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种含钨钛合金的熔炼方法是：以重量百分比计，在颗粒状或屑状钛合金原材料混料时加入0.1％～10％的钨粉，然后经多次真空自耗电弧熔炼获得成分均匀含钨钛合金铸锭。
进一步的，上述的含钨钛合金的熔炼方法，具体包括以下步骤：
1)配料及压制
按照重量比将钨粉混入颗粒状或屑状钛合金原材料中形成混合物A，用压机将混合物A压制成块状的电极块；
2)电极制备
将压制好的电极块组焊成长条状电极，焊接真空小于8Pa；
3)一次熔炼
用上一步制得的长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼获得一次锭；所述一次熔炼的熔炼电流为2～5KA，熔炼电压控制在26～30V；
4)二次熔炼
将一次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼获得二次锭；所述二次熔炼的熔炼电流为4～8KA，熔炼电压控制在26～32V；
5)三次熔炼
将二次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得成品铸锭，所述三次熔炼的熔炼电流为5～10KA，熔炼电压控制在26～32V；
6)冷却
熔炼完成后成品铸锭要求冷却到200℃以下出炉，制得所述的含钨钛合金。
进一步，在步骤2)中，采用真空等离子弧或真空电子束电极阻焊方法进行电极焊接。
本发明的有益效果如下：
本发明采用钨粉作为原料加入含钨钛合金中，由于省略了从钨粉由粉末冶金和后续的变形加工工艺进行制备成钨棒，再由钨棒和海绵钛经真空自耗电弧熔炼形成钛钨中间的过程，大幅降低了含钨钛合金的生产成本，可获得成分均匀，无偏析及夹杂的含钨钛合金铸锭，可带来显著的经济效益。
具体实施方式
本发明的含钨钛合金的熔炼方法采用低成本的钨粉代替成本高昂的钛钨中间合金作为原料加入颗粒状或屑状钛合金中，经多次真空自耗电弧熔炼获得成分均匀钛合金铸锭，本发明中要求钛合金中钨的含量以重量百分数计为0.1％～10％。
下面通过实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
以下以Ti-6.7Al-1.5Sn-1.5Zr-2Mo-0.7W-0.15Si合金的制备为例详细说明本发明的制备方法。
1)配料及压制
采用海绵钛，钨粉，Ti-32Mo中间合金，纯铝，纯锆，纯锡，Ti-Si中间合金为原料，按重量百分比配比为W：0.7％，Al：6.7％，Sn：1.5％，Zr：1.5％，Ti-32Mo中间合金：6.25％，Ti-Si中间合金：0.3％，其余为海绵钛，混料300Kg，用压机压制成单块重量为10Kg的电极块。
2)电极制备
采用真空等离子弧或真空电子束电极阻焊方法将压制好的电极块组焊成长条状电极，焊接真空小于8Pa。
3)一次熔炼
用上一步制得的长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼获得一次锭，坩埚直径160mm，熔炼电流2～5KA，熔炼电压控制在26～30V。
4)二次熔炼
将一次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼获得二次锭，坩埚直径220mm，熔炼电流4～8KA，熔炼电压控制在26～32V。
5)三次熔炼
将二次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得成品铸锭，坩埚直径280mm，熔炼电流5～10KA，熔炼电压控制在26～32V。
6)冷却
熔炼完成后铸锭要求冷却到200℃以下出炉，避免未冷却的铸锭出炉后发生氧化等缺陷。出炉后即可得到本发明制备的含钨钛合金产品(即Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-5.0W-0.15Si合金)。
将以上得到的产品用车床平头及扒皮后，在铸锭的头部及上、中、下分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在钛合金锭中的成分均匀。
实施例2：
本实施例以Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-5.0W-0.15Si合金的制备为例详细说明本发明的制备方法。
1)配料及压制
采用海绵钛，钨粉，Ti-32Mo中间合金，纯铝，纯锆，纯锡，Ti-Si为原料，按重量百分比配比为W：5％，Al：6.2％，Sn：2％，Zr：3.6％，Ti-32Mo：2.19％，Ti-Si：0.3％，其余为海绵钛，混料300Kg，用压机压制成单块重量为10Kg的状电极。
2)电极制备
采用真空等离子弧或真空电子束电极阻焊方法将压制好的电极块组焊成长条状电极，焊接真空小于8Pa。
3)一次熔炼
用上一步制得的长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼获得一次锭，坩埚直径160mm，熔炼电流2～5KA，熔炼电压控制在26～30V。
4)二次熔炼
将一次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼获得二次锭，坩埚直径220mm，熔炼电流4～8KA，熔炼电压控制在26～32V。
5)三次熔炼
将二次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得成品铸锭，坩埚直径280mm，熔炼电流5～10KA，熔炼电压控制在26～32V。
6)冷却
熔炼完成后铸锭要求冷却到200℃以下出炉，避免未冷却的铸锭出炉后发生氧化等缺陷。出炉后即可得到本发明制备的含钨钛合金产品(即Ti-6.2Al-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-5.0W-0.15Si合金)。
将以上制得的产品用车床平头及扒皮后，在铸锭的头部及上、中、下分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在钛合金锭中的成分均匀。
实施例3：
本实施例以Ti-10W合金的制备为例详细说明本发明的制备方法。
1)配料及压制
采用海绵钛，钨粉为原料，按重量百分比配比为w：10％、其余为钛混料300Kg，用压机压制成单块重量为10Kg的状电极。
2)电极制备
采用真空等离子弧或真空电子束电极阻焊方法将压制好的电极块组焊成长条状电极，焊接真空小于8Pa。
3)一次熔炼
用上一步制得的长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼获得一次锭，坩埚直径160mm，熔炼电流2～5KA，熔炼电压控制在26～30V。
4)二次熔炼
将一次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼获得二次锭，坩埚直径220mm，熔炼电流4～8KA，熔炼电压控制在26～32V。
5)三次熔炼
将二次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得成品铸锭，坩埚直径280mm，熔炼电流5～10KA，熔炼电压控制在26～32V。
6)冷却
熔炼完成后铸锭要求冷却到200℃以下出炉，避免未冷却的铸锭出炉后发生氧化等缺陷。出炉后即可得到本发明制得的含钨钛合金产品(即Ti-10W合金)。
将以上制得的产品用车床平头及扒皮后，在铸锭的头部及上、中、下分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在钛合金锭中的成分均匀。
实施例4
以下以Ti-44Al-6Nb-0.1W-0.2B合金的制备为例详细说明本发明的制备方法。
1)配料及压制
采用海绵钛，钨粉，纯铝，Ti-47Nb中间合金，TiB2中间合金为原料，按重量百分比配比为W：0.1％，Al：28.6％，Ti-47Nb：28.7％，TiB2：0.64％，其余为海绵钛，混料300Kg，用压机压制成单块重量为10Kg的电极块。
2)电极制备
采用真空等离子弧或真空电子束电极阻焊方法将压制好的电极块组焊成长条状电极，焊接真空小于8Pa。
3)一次熔炼
用上一步制得的长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼获得一次锭，坩埚直径160mm，熔炼电流2～5KA，熔炼电压控制在26～30V。
4)二次熔炼
将一次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼获得二次锭，坩埚直径220mm，熔炼电流4～8KA，熔炼电压控制在26～32V。
5)三次熔炼
将二次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得成品铸锭，坩埚直径280mm，熔炼电流5～10KA，熔炼电压控制在26～32V。
6)冷却
熔炼完成后铸锭要求冷却到200℃以下出炉，避免未冷却的铸锭出炉后发生氧化等缺陷。出炉后即可得到本发明制备的含钨钛合金产品(即Ti-44Al-6Nb-0.1W-0.2B合金)。
将以上得到的产品用车床平头及扒皮后，在铸锭的头部及上、中、下分别取块状和屑状试样进行成分分析，分析结果表明钨在钛合金锭中的成分均匀。

Claims (3)

1.一种含钨钛合金的熔炼方法，其特征在于，以重量百分比计，在颗粒状或屑状钛合金原材料混料时加入0.1％～10％的钨粉，然后经多次真空自耗电弧熔炼获得成分均匀含钨钛合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的含钨钛合金的熔炼方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)配料及压制
按照重量比将钨粉混入颗粒状或屑状钛合金原材料中形成混合物，将混合物压制成块状的电极块；
2)电极制备
将压制好的电极块组焊成长条状电极，焊接真空小于8Pa；
3)一次熔炼
用上一步制得的长条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼获得一次锭；所述一次熔炼的熔炼电流为2～5KA，熔炼电压控制在26～30V；
4)二次熔炼
将一次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼获得二次锭；所述二次熔炼的熔炼电流为4～8KA，熔炼电压控制在26～32V；
5)三次熔炼
将二次锭倒置并作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得成品铸锭，所述三次熔炼的熔炼电流为5～10KA，熔炼电压控制在26～32V；
6)冷却
熔炼完成后成品铸锭要求冷却到200℃以下出炉，制得所述的含钨钛合金。
3.根据权利要求1所述的含钨钛合金的熔炼方法，其特征在于，在步骤2)中，采用真空等离子弧或真空电子束电极阻焊方法进行电极焊接。
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