CN102808093A - 一种钛合金熔炼铝元素的添加方法 - Google Patents

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曹继敏
杨华斌
罗斌莉
林海峰
陈志宏
樊亚军
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Abstract

本发明属于钛合金加工的技术应用领域，特别涉及一种钛合金熔炼铝元素的添加方法。本发明采用纯铝板或纯铝丝(纯度99.7wt％)的添加方式，直线式分布于电极靠近外侧的纵长方向，实现铝元素的分布均匀稳定，且偏差小，满足合金成分的要求。线性布料法适用于钛合金中不含有可与Al形成中间合金的Mo、V等元素，含量不大于3wt％，允许偏差不大于±0.3wt％，Al元素的添加方法。自耗电极单重≤3Kg，采用纯铝丝；单重3Kg以上，采用纯铝板。

Description

一种钛合金熔炼铝元素的添加方法
技术领域
本发明属于钛合金加工的技术应用领域，特别涉及一种钛合金熔炼铝元素的添加方法。
背景技术
在钛合金的添加元素中，铝是最广泛采用的、唯一有效的α稳定元素。铝的加入，可降低熔点和提高β转变温度，使β稳定元素在α相中的溶解度增大，在室温和高温都起到强化作用。铝原子以置换方式存在于α相中，当铝的添加量超过α相的溶解度极限后，会出现以Ti3Al为基的有序固溶体，使合金脆化，热稳定性降低。因此，钛合金对铝的最高含量一直有限制。
当钛合金中含有Mo、V等元素时，常采用AlMo、AlV等中间合金及铝豆和铝箔通过合金包的形式压入海绵钛电极中。当钛合金中不含有Mo、V等元素时，采用铝豆以单质的形式加入。常规的添加方法在Al含量较高，允许偏差较大的钛合金熔炼时可以满足要求。但其存在两方面的不足：一、当设计要求铝含量较低，尤其是允许偏差较小，均匀一致性要求较高时，不能满足要求。二、合金铸锭中易产生由于Al等合金元素局部富集而引起的软偏析。这类缺陷具有延伸性，后续加工过程中被拉长，分布不规则，高低倍金相组织中可以明显观察到，使材料的脆性提高，影响了材料的力学、疲劳及高温性能。
发明内容
本发明采用纯铝板或纯铝丝(纯度99.7wt％)的添加方式，直线式分布于电极靠近外侧的纵长方向，实现铝元素的分布均匀稳定，且偏差小，满足合金成分的要求。
根据真空自耗熔炼工艺的特点，合金原料作为自耗电极在强电流的作用下，逐节熔化进入坩埚，溶液自下而上在结晶器(坩埚)中连续凝结成铸锭。铝板线性布料方式，符合自耗电极熔化过程的特点，保证了电极横截面的成分均匀一致。因此沿电极纵长方向线性分布原料，有利于实现合金元素的均匀稳定化和避免产生成分偏析。
尤其是钛合金组分中Al≤wt3％，且成分偏差≤±0.3wt％的情况，可采用此发明的添加方法，实现预期的成分要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种通过钛合金中含量较少的铝元素的添加方法，其特征为线性布料法。以纯铝丝或纯铝板为原料，包括有以下步骤：
第一步：计算铝丝直径或铝板宽度。单个电极重量≤3Kg，采用纯铝丝；单个电极重量3Kg以上，采用纯铝板。根据合金的配比成分，计算出单个电极铝元素的重量。真空自耗电极制备的模具长度300mm，铝板的厚度为2～6mm，由此可计算出铝丝的直径或铝板的宽度。用剪板机裁剪好备用，注意复称；
第二步：自耗电极的压制。先将少量海绵钛倒入模腔，将上述制备好的铝丝或铝板按纵长方向平放在海绵钛上，再倒入海绵钛及其他合金原料，加压后完成电极压制。
实施例1：Ti-1Al-1Mn(TA21)钛合金熔炼时，按照名义成分配比，单个电极的重量为3Kg，Al为1wt％，纯铝原料需要0.03Kg。长度为300mm，计算得出需要Φ4.85mm的铝丝2根。铸锭上部、中部、下部Al元素含量的检测结果为0.91％、0.91％、0.89％。
实施例2：Ti-1Al-1Mn(TA21)钛合金熔炼时，按照名义成分配比，单个电极的重量为16Kg，Al为1wt％，纯铝原料需要0.16Kg。选用5mm厚的铝板，长度为300mm，计算得出宽度为39.5mm。为便于实际操作，用2块铝板，宽度为19.8mm。铸锭上部、中部、下部Al元素含量的检测结果为0.92％、0.91％、0.88％。
实施例3：Ti-3Al(TA28)钛合金熔炼时，按照名义成分配比，单个电极的重量为16Kg，Al为3wt％，纯铝原料需要0.48Kg。选用6mm厚的铝板，长度为300mm，计算得出宽度为98.8mm。为便于实际操作，用2块铝板，宽度为49.4mm。铸锭上部、中部、下部Al元素含量的检测结果为2.93％、2.93％、2.87％。
实施例4：Ti-2.5Cu(TA13)钛合金熔炼时，按照名义成分配比，单个电极的重量为16Kg，Cu为2.5wt％，纯铜原料需要0.40Kg。选用3mm厚的铝板，长度为300mm，计算得出宽度为49.9mm。为便于实际操作，用2块铜板，宽度为25.0mm。铸锭上部、中部、下部Cu元素含量的检测结果为2.53％、2.50％、2.52％。
实施例5：Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe(TC24)钛合金熔炼时，按照名义成分配比，单个电极的重量为16Kg，Fe为2wt％，纯铁原料需要0.32Kg。选用3mm厚的铁板，长度为300mm，计算得出宽度为45.6mm。为便于实际操作，用2块铁板，宽度为22.8mm。铸锭上部、中部、下部Fe元素含量的检测结果为1.93％、1.90％、1.92％。
实施例6：Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(TC17)钛合金熔炼时，按照名义成分配比，单个电极的重量为16Kg，Sn为2wt％，纯锡原料需要0.32Kg。选用3mm厚的锡板，长度为300mm，计算得出宽度为49.4mm。为便于实际操作，用2块锡板，宽度为24.7mm。铸锭上部、中部、下部Sn元素含量的检测结果为1.93％、1.90％、1.92％。
参见以上实施例，线性布料法适用于钛合金中不含有可与Al形成中间合金的Mo、V等元素，含量不大于3wt％，允许偏差不大于±0.3wt％，Al元素的添加方法。同样适用于钛合金中添加含量较少的Fe、Cu、Sn等元素。

Claims (5)

1.一种钛合金熔炼过程中Al元素的添加方法，其特征在于：采用纯铝丝或纯铝板线性分布于电极的纵长方向上，得到含量较少的Al元素在铸锭中均匀分布的目的。
2.权利要求1所述的添加方法，其特征在于：钛合金中Al元素含量不大于3wt％，允许偏差不大于±0.3wt％。
3.权利要求1所述的添加方法，其特征在于：合金中不含有可与Al形成中间合金的Mo、V等元素的钛合金熔炼过程中Al元素的添加。
4.权利要求1所述的添加方法，其特征在于：真空电弧熔炼用自耗电极的单重≤3Kg，采用纯铝丝；单重3Kg以上，采用纯铝板。
5.权利要求1所述的添加方法，其特征在于：同样适用于钛合金中添加含量较少的Fe、Cu、Sn等元素。
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