CN102978441B - 一种钛合金中氧与铁共加的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金中氧与铁共加的方法，该方法中将需制备钛合金中所含的氧元素与铁元素以混合粉末的形式进行配入，所述混合粉末由A组分和B组分均匀混合而成，所述A组分为FeTiO₃粉末，且所述B组分为Fe₂O₃粉末或TiO₂粉末。本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本较低且使用操作简便、使用效果好，能有效避免以工业铁与TiO₂粉末作为中间合金加入时导致的微区不均匀及TiO₂未熔现象。

Description

一种钛合金中氧与铁共加的方法

技术领域

本发明属于钛合金制备技术领域，尤其是涉及一种钛合金中氧与铁共加的方法。

背景技术

Ti-6Al-4V钛合金（或称TC4钛合金）是目前用量最大的α+β两相钛合金，该合金中除了Al、V等主元素外，还含有少量或微量的O、Fe、C、N等间隙元素或杂质元素。大量的研究表明，合金中间隙元素及杂质元素的含量对材料的加工性及最终性能有显著影响。O、C、N等间隙元素含量的提高会增加合金的强度，但会降低合金的塑性及加工性，其中N、C对合金塑性的损伤尤其明显。合金中间隙元素O在一定含量范围内时，可有效提高合金的强度，且对塑性的降低相对较小。合金中少量Fe元素的加入，有利于提高合金的热工艺性及强化能力。为了进一步拓展合金的性能并提高合金生产的可控性，主要钛加工企业进行Ti-6Al-4V等常规钛合金生产时，已普遍将少量的O、Fe作为合金化元素进行控制。目前，合金中O、Fe的加入主要以TiO₂粉末和铁钉、铁丝等不同类型的工业铁的形式加入。由于TiO₂的熔点在1850℃左右，在混料不充分或熔炼过程控制不理想的情况下可能产生微区不均匀，甚至有不熔TiO₂的存在；而铁的加入量过低，采用块状金属原料加入时容易导致微区不均匀现象。这些铸锭冶金质量问题很难在初期阶段检测出来，是裂纹最容易萌生的位置，将会严重损伤合金的服役性能。因此，选择更优的O、Fe元素加入方法对于提高Ti-6Al-4V等钛合金的铸锭质量具有重要意义。FeTiO₃熔点在1500℃左右，大大低于TiO₂的熔点，并且同时含有元素O和Fe，因此更适于作为钛合金中O、Fe加入的首选中间合金。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钛合金中氧与铁共加的方法，其方法步骤简单、设计合理、投入成本较低且使用操作简便、使用效果好，能有效避免以工业铁与TiO₂粉末作为中间合金加入时导致的微区不均匀及TiO₂未熔现象。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：该方法中将需制备钛合金中所含的氧元素与铁元素以混合粉末的形式进行配入，所述混合粉末由A组分和B组分均匀混合而成，所述A组分为FeTiO₃粉末，且所述B组分为Fe₂O₃粉末或TiO₂粉末。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、原料组分与配比确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，对制备该钛合金所用原料的组分与各组分的配比进行确定；

所述原料包括海绵钛、用于配入氧元素与铁元素的混合粉末和用于配入其它合金元素的材料；

步骤二、原料称量：步骤一中原料配比确定后，还需按照所确定的所述原料的组分与各组分的配比，对所述原料中的各组分分别进行称量；

步骤三、电极制作：将步骤二中称量好的原料压制成电极块，再将所述电极块焊接形成自耗电极；

对所述电极块进行压制时，将步骤二中称量好的海绵钛、所述混合粉末和用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；或者，先对步骤二中称量好的海绵钛和所述混合粉末进行均匀混合并获得混合物，之后再将所述混合物与步骤二中称量好的用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；

步骤四、熔炼：采用真空自耗电弧炉对所述自耗电极进行二次或三次熔炼后，获得需制备钛合金的铸锭。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：步骤一中进行原料组分与配比确定时，其确定过程如下：

步骤101、各组元合金元素确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，计算各组元合金元素的含量，其中包括氧元素的含量w_O1和铁元素的含量w_Fe1；

步骤102、根据步骤101中所确定各组元合金元素的含量，确定用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，并相应对所述海绵钛的用量进行确定；同时，对所述混合粉末中所述B组分的类型进行确定；

步骤103、根据步骤102中所确定的用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，对所有用于配入其它合金元素的材料中，氧元素的总含量w_O2和铁元素的总含量w_Fe2分别进行确定；同时，根据步骤102中所述海绵钛的用量，对所选用海绵钛中氧元素的总含量w_O4和铁元素的总含量w_Fe4分别进行确定；

步骤104、根据步骤103中所确定的w_O2和w_Fe2，并结合步骤一中所确定的w_O1和w_Fe1，对所述混合粉末中氧元素的总含量w_O3和铁元素的总含量w_Fe3分别进行确定，其中w_O3=w_O1-w_O2-w_O4，w_Fe3=w_Fe1-w_Fe2-w_Fe4；

步骤105、根据步骤104中所确定的w_O3和w_Fe3，并结合所选用B组分的类型，对所述混合粉末中A组分和B组分的配比以及A组分和B组分各自的用量进行确定。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：步骤101中所确定的w_O1和w_Fe1均为质量百分比含量；

步骤103中所确定的w_O2为所有用于配入其它合金元素的材料中所含的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe2为所有用于配入其它合金元素的材料中所含铁元素占所述原料的质量百分比；w_O4为所选用海绵钛中的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe4为所选用海绵钛中的铁元素占所述原料的质量百分比；

步骤104中所确定的w_O3为所述混合粉末中所含的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe3为所述混合粉末中所含铁元素占所述原料的质量百分比。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：步骤一中所述用于配入其它合金元素的材料，以纯金属粉末、中间合金颗粒或海绵状金属颗粒的形式配入。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：步骤一中所述需制备钛合金为TC4钛合金，所述用于配入其它合金元素的材料为铝豆和Al-V中间合金颗粒。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：所述混合粉末的粒径为80目以下。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：步骤一中所述海绵钛为0级海绵钛或1级海绵钛。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：步骤一中所述的海绵钛为细颗粒海绵钛，且其粒径为4mm以下。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：所述中间合金颗粒的粒径为4mm以下。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、投入成本较低且实现方便，只需将含主元素的中间合金、混合粉末和海绵钛按设计成分混合压制电极，经真空自耗电弧重熔法便可得到合金锭。

2、将需制备钛合金中所含的氧元素与铁元素以混合粉末的形式进行配入，具体是以含O元素、Fe元素的中间合金混合粉末加入。

3、添加方式灵活，可以在电极制备时直接加入或预先与细颗粒海绵钛混料后加入。

4、所选用混合粉末的组分类型设计合理，由A组分和B组分均匀混合而成，其中A组分为FeTiO₃粉末，B组分为Fe₂O₃粉末或TiO₂粉末，实际对各组分进行配比确定时，实现方便。

5、方法步骤设计合理，根据海绵钛中O元素与Fe元素的含量及合金设计成分，选择FeTiO₃粉与Fe₂O₃粉或者FeTiO₃粉与TiO₂粉制成混合粉末，将主元素中间合金、混合粉末与海绵钛按设计成分混合后压制电极，混合粉末在电极制备混布料时直接加入或预先与细颗粒海绵钛混料后加入，用常规真空自耗电弧炉经二次或三次熔炼铸成合金锭。

6、使用效果好且实用价值高，钛合金中少量氧（一般质量百分比含量在0.2以下）和铁（一般质量百分比含量在0.3以下）的加入以FeTiO₃粉与Fe₂O₃粉或者FeTiO₃粉与TiO₂粉的混合体作为中间合金，在电极制备的混布料过程中加入，避免了以工业铁与TiO₂粉末作为中间合金加入时导致的微区不均匀及TiO₂未熔现象，因而能有效提高了钛合金铸锭的质量。另外，本发明能适应不同领域对Ti-6Al-4V等常用钛合金中元素O与Fe元素的精确控制，且具有更优冶金质量铸锭发展的需求。与常规的钛合金中O与Fe元素的加入方法相比，本发明所制备的铸锭中O与Fe元素的宏观及微区成分分布更均匀，且大幅度降低了TiO₂未熔的可能性。本发明所采用的O与Fe元素加入方法简单，易于生产，合金铸锭质量更高，满足了实际应用的需求。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本较低且使用操作简便、使用效果好，能有效避免以工业铁与TiO₂粉末作为中间合金加入时导致的微区不均匀及TiO₂未熔现象。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

具体实施方式

如图1所示的一种钛合金中氧与铁共加的方法，该方法中将需制备钛合金中所含的氧元素与铁元素以混合粉末的形式进行配入，所述混合粉末由A组分和B组分均匀混合而成，所述A组分为FeTiO₃粉末，且所述B组分为Fe₂O₃粉末或TiO₂粉末。实际使用时，该方法包括以下步骤：

步骤一、原料组分与配比确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，对制备该钛合金所用原料的组分与各组分的配比进行确定；

所述原料包括海绵钛、用于配入氧元素与铁元素的混合粉末和用于配入其它合金元素的材料。

步骤二、原料称量：步骤一中原料配比确定后，还需按照所确定的所述原料的组分与各组分的配比，对所述原料中的各组分分别进行称量。

步骤三、电极制作：将步骤二中称量好的原料压制成电极块，再将所述电极块焊接形成自耗电极。

对所述电极块进行压制时，将步骤二中称量好的海绵钛、所述混合粉末和用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；或者，先对步骤二中称量好的海绵钛和所述混合粉末进行均匀混合并获得混合物，之后再将所述混合物与步骤二中称量好的用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内。

步骤四、熔炼：采用真空自耗电弧炉对所述自耗电极进行二次或三次熔炼后，获得需制备钛合金的铸锭。

步骤一中进行原料组分与配比确定时，其确定过程如下：

步骤101、各组元合金元素确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，计算各组元合金元素的含量，其中包括氧元素的含量w_O1和铁元素的含量w_Fe1；

步骤102、根据步骤101中所确定各组元合金元素的含量，确定用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，并相应对所述海绵钛的用量进行确定；同时，对所述混合粉末中所述B组分的类型进行确定；

步骤103、根据步骤102中所确定的用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，对所有用于配入其它合金元素的材料中，氧元素的总含量w_O2和铁元素的总含量w_Fe2分别进行确定；同时，根据步骤102中所述海绵钛的用量，对所选用海绵钛中氧元素的总含量w_O4和铁元素的总含量w_Fe4分别进行确定；

本步骤103中，w_O2和w_Fe2为所有用于配入其它合金元素的材料中氧元素和铁元素的实测含量；w_O4和w_Fe4为所选用海绵钛中氧元素和铁元素的总含量；

步骤104、根据步骤103中所确定的w_O2和w_Fe2，并结合步骤一中所确定的w_O1和w_Fe1，对所述混合粉末中氧元素的总含量w_O3和铁元素的总含量w_Fe3分别进行确定，其中w_O3=w_O1-w_O2-w_O4，w_Fe3=w_Fe1-w_Fe2-w_Fe4；

步骤105、根据步骤104中所确定的w_O3和w_Fe3，并结合所选用B组分的类型，对所述混合粉末中A组分和B组分的配比以及A组分和B组分各自的用量进行确定。

也就是说，对w_O3和w_Fe3进行确定时，按照需制备钛合金的名义化学成分和所选用原料中的氧元素和铁元素的实测含量，计算得出通过所述混合粉末添加的氧元素和铁元素的含量。

步骤101中所确定的w_O1和w_Fe1均为质量百分比含量；

步骤103中所确定的w_O2为所有用于配入其它合金元素的材料中所含的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe2为所有用于配入其它合金元素的材料中所含铁元素占所述原料的质量百分比；w_O4为所选用海绵钛中的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe4为所选用海绵钛中的铁元素占所述原料的质量百分比；

步骤104中所确定的w_O3为所述混合粉末中所含的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe3为所述混合粉末中所含铁元素占所述原料的质量百分比。

实际使用过程中，步骤一中所述用于配入其它合金元素的材料，以纯金属粉末、中间合金颗粒或海绵状金属颗粒的形式配入，其中以海绵状金属颗粒的形式配入的其它合金元素的材料，如海绵锆等。

实际进行添加时，当步骤一中所述需制备钛合金为TC4钛合金，所述用于配入其它合金元素的材料为铝豆和Al-V中间合金颗粒。实际使用过程中，还可以采用如图1所示的方法对其它种类钛合金进行制备。

实施例1

本实施例中，钛合金中氧与铁共加的方法，包括以下步骤：

步骤一、原料组分与配比确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，对制备该钛合金所用原料的组分与各组分的配比进行确定；

所述原料包括海绵钛、用于配入氧元素与铁元素的混合粉末和用于配入其它合金元素的材料。

步骤一中进行原料组分与配比确定时，其确定过程如下：

步骤101、各组元合金元素确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，计算各组元合金元素的含量，其中包括氧元素的含量w_O1和铁元素的含量w_Fe1，氧元素的含量w_O1和铁元素的含量w_Fe1均为质量百分比含量。

本实施例中，需制备钛合金的名义化学成分为Ti-6Al-4V-0.2Fe-0.16O,即按重量百分比计为Al:6.0%，V:4.0%，Fe:0.20%，O:0.16%，余量为Ti和不可避免的杂质。

步骤102、根据步骤101中所确定各组元合金元素的含量，确定用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，并相应对所述海绵钛的用量进行确定；同时，对所述混合粉末中所述B组分的类型进行确定。

本实施例中，所选用的海绵钛为0级海绵钛，所选用海绵钛原料中O元素的含量为0.05%，Fe元素的含量为0.04%。并且所述海绵钛的粒径在4mm以下。

本实施例中，用于配入其它合金元素的材料包括Al-55V中间合金和铝豆。其中，Al-55V中间合金为细颗粒，且其粒径在4mm以下。其中，Al-55V中间合金和铝豆中的O元素和Fe元素的含量忽略不计。

本实施例中，所选用的所述B组分为Fe₂O₃粉末，即所述混合粉末由FeTiO₃粉末和Fe₂O₃粉末均匀混合而成，且所述混合粉末的粒径为80目以下。

因而，所采用的原料包括Al-55V中间合金、铝豆、0级海绵钛以及由FeTiO₃粉末和Fe₂O₃粉末组成的混合粉末。

步骤103、根据步骤102中所确定的用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，对所有用于配入其它合金元素的材料中，氧元素的总含量w_O2和铁元素的总含量w_Fe2分别进行确定；同时，根据步骤102中所述海绵钛的用量，对所选用海绵钛中氧元素的总含量w_O4和铁元素的总含量w_Fe4分别进行确定。

步骤104、根据步骤103中所确定的w_O2和w_Fe2，并结合步骤一中所确定的w_O1和w_Fe1，对所述混合粉末中氧元素的总含量w_O3和铁元素的总含量w_Fe3分别进行确定，其中w_O3=w_O1-w_O2-w_O4，w_Fe3=w_Fe1-w_Fe2-w_Fe4。

步骤105、根据步骤104中所确定的w_O3和w_Fe3，并结合所选用B组分的类型，对所述混合粉末中A组分和B组分的配比以及A组分和B组分各自的用量进行确定。

本实施例中，所述A组分为FeTiO₃粉末（摩尔质量为152g/mol，其中Fe元素的质量百分比含量为36.8%，O元素的质量百分比含量为31.6%，O元素的质量百分比含量为36.6%），B组分为Fe₂O₃粉末（摩尔质量为160g/mol，其中Fe元素的质量百分比含量为70%，O元素的质量百分比含量为30%）。

实际对所述混合粉末中A组分和B组分的配比进行推算时，先假定FeTiO₃粉末和Fe₂O₃粉末的质量比为x∶y，则可得方程组 $\left\{\begin{array}{c}36.8\%\·x+70\%\·y=w_{\mathrm{Fe}3}\\ 31.6\·x+30\%\·y=w_{o3}\end{array}\right.;;$ 因而。根据公式 $\left\{\begin{array}{c}36.8\%\·x+70\%\·y=w_{\mathrm{Fe}3}\\ 31.6\·x+30\%\·y=w_{o3}\end{array}\right.;,$ 便可推算出所述混合粉末中A组分和B组分的配比。

本实施例中，FeTiO₃粉末和Fe₂O₃粉末的质量比为2︰1。

步骤二、原料称量：步骤一中原料配比确定后，还需按照所确定的所述原料的组分与各组分的配比，对所述原料中的各组分分别进行称量。

步骤三、电极制作：将步骤二中称量好的原料压制成电极块，再将所述电极块焊接形成自耗电极。

对所述电极块进行压制时，将步骤二中称量好的海绵钛、所述混合粉末和用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；或者，先对步骤二中称量好的海绵钛和所述混合粉末进行均匀混合并获得混合物，之后再将所述混合物与步骤二中称量好的用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内。

本实施例中，将步骤二中称量好的海绵钛、所述混合粉末和用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内。

另外，对所述混合粉末进行添加之前，应先将A组分与B组分进行均匀混合。

也就是说，本实施例中，所述混合粉末的添加方式为：压制电极块时，直接将所述混合粉末加入所述电极压制成型模具内。

步骤四、熔炼：采用真空自耗电弧炉对所述自耗电极进行二次熔炼后，获得需制备钛合金的铸锭。

经测试，本实施例中所制备的钛合金铸锭中，O元素的实测质量百分比含量为0.15%～0.17%，Fe的实测质量百分比含量为0.18%～0.21%。

实施例2

本实施例中，与实施例1不同的是：步骤101中需制备钛合金的名义化学成分为Ti-6Al-4V-0.15Fe-0.18O，即按重量百分比计为Al:6.0%，V:4.0%，Fe:0.15%，O:0.18%，余量为Ti和不可避免的杂质；步骤102中用于配入其它合金元素的材料包括Al-85V中间合金和铝豆；其中Al-85V中间合金为细颗粒，且其粒径在4mm以下；所选用的海绵钛为1级海绵钛，所选用的海绵钛原料中O元素的含量为0.07%，Fe元素的含量为0.05%；所选用的所述B组分为TiO₂粉末，即所述混合粉末由FeTiO₃粉末和TiO₂粉末均匀混合而成，且所述混合粉末的粒径为80目；因而，所采用的原料包括Al-85V中间合金、铝豆、0级海绵钛以及由FeTiO₃粉末和TiO₂粉末组成的混合粉末；步骤105中，所述A组分为FeTiO₃粉末（摩尔质量为152g/mol，其中Fe元素的质量百分比含量为36.8%，O元素的质量百分比含量为31.6%，O元素的质量百分比含量为36.6%），B组分为TiO₂粉末（摩尔质量为80g/mol，其中O元素的质量百分比含量为40%，Ti元素的质量百分比含量为60%）。

实际对所述混合粉末中A组分和B组分的配比进行推算时，先假定FeTiO₃粉末和TiO₂粉末的质量比为x︰y，则可得方程组 $\left\{\begin{array}{c}36.8\%\·x=w_{\mathrm{Fe}3}\\ 31.6\·x+40\%\·y=w_{o3}\end{array}\right.;$ 因而。根据公式 $\left\{\begin{array}{c}36.8\%\·x=w_{\mathrm{Fe}3}\\ 31.6\·x+40\%\·y=w_{o3}\end{array}\right.,$ 便可推算出所述混合粉末中A组分和B组分的配比。

本实施例中，FeTiO₃粉末和TiO₂粉末的质量比为2.5︰1。

步骤三中对所述电极块进行压制时，先对步骤二中称量好的海绵钛和所述混合粉末进行均匀混合并获得混合物，之后再将所述混合物与步骤二中称量好的用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内。

也就是说，本实施例中，所述混合粉末的添加方式为：压制电极块之前，先对海绵钛和混合粉末进行均匀混合，并获得混合物；压制电极块时，将所述混合物加入所述电极压制成型模具内。

本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。

经测试，本实施例中所制备的钛合金铸锭中，O元素的实测质量百分比含量为0.17%～0.19%，Fe的实测质量百分比含量为0.14%～0.17%。

实施例3

本实施例中，与实施例1不同的是：步骤101中需制备钛合金的名义化学成分为Ti-6Al-4V-0.25Fe-0.15O，即按重量百分比计为Al:6.0%，V:4.0%，Fe:0.25%，O:0.15%，余量为Ti和不可避免的杂质；步骤102中用于配入其它合金元素的材料包括Al-85V中间合金和铝豆；其中Al-85V中间合金为细颗粒，所选用的海绵钛原料中O元素的含量为0.07%，Fe元素的含量为0.05%；所选用的海绵钛为1级海绵钛，并且所述海绵钛的粒径在4mm以下；所选用的所述B组分为Fe₂O₃粉末，即所述混合粉末由FeTiO₃粉末和Fe₂O₃粉末均匀混合而成，且所述混合粉末的粒径为80目；因而，所采用的原料包括Al-85V中间合金、铝豆、0级海绵钛以及由FeTiO₃和TiO₂组成的混合粉末。

本实施例中，FeTiO₃和Fe₂O₃的质量比为1︰1。

本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。

经测试，本实施例中所制备的钛合金铸锭中，O元素的实测质量百分比含量为0.13%～0.16%，Fe的实测质量百分比含量为0.22%～0.27%。

实施例4

本实施例中，与实施例1不同的是：步骤101中需制备钛合金的名义化学成分为Ti-6Al-4V-0.15Fe-0.11O，即按重量百分比计为Al:6.0%，V:4.0%，Fe:0.15%，O:0.11%，余量为Ti和不可避免的杂质；所选用的海绵钛为0级海绵钛，所选用的海绵钛原料中O元素的含量为0.05%，Fe元素的含量为0.03%；步骤102中用于配入其它合金元素的材料包括Al-85V中间合金和铝豆；其中Al-85V中间合金为细颗粒，且其粒径在4mm以下；所选用的所述B组分为Fe₂O₃粉末，即所述混合粉末由FeTiO₃粉末和Fe₂O₃粉末均匀混合而成，且所述混合粉末的粒径为80目；因而，所采用的原料包括Al-85V中间合金、铝豆、0级海绵钛以及由FeTiO₃和TiO₂组成的混合粉末。

本实施例中，FeTiO₃和Fe₂O₃的质量比为2︰1。

本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。

经测试，本实施例中所制备的钛合金铸锭中，O元素的实测质量百分比含量为0.10%～0.12%，Fe的实测质量百分比含量为0.13%～0.16%。

实施例5

本实施例中，与实施例1不同的是：步骤四中采用真空自耗电弧炉对所述自耗电极进行三次熔炼后，获得需制备钛合金的铸锭。

本实施例中，其余方法步骤和工艺参数均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：该方法中将需制备钛合金中所含的氧元素与铁元素以混合粉末的形式进行配入，所述混合粉末由A组分和B组分均匀混合而成，所述A组分为FeTiO₃粉末，且所述B组分为Fe₂O₃粉末或TiO₂粉末，该方法包括以下步骤：

步骤一、原料组分与配比确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，对制备该钛合金所用原料的组分与各组分的配比进行确定；

所述原料包括海绵钛、用于配入氧元素与铁元素的混合粉末和用于配入其它合金元素的材料；

步骤二、原料称量：步骤一中原料配比确定后，还需按照所确定的所述原料的组分与各组分的配比，对所述原料中的各组分分别进行称量；

步骤三、电极制作：将步骤二中称量好的原料压制成电极块，再将所述电极块焊接形成自耗电极；

对所述电极块进行压制时，将步骤二中称量好的海绵钛、所述混合粉末和用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；或者，先对步骤二中称量好的海绵钛和所述混合粉末进行均匀混合并获得混合物，之后再将所述混合物与步骤二中称量好的用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；

步骤四、熔炼：采用真空自耗电弧炉对所述自耗电极进行二次或三次熔炼后，获得需制备钛合金的铸锭。

2.按照权利要求1所述的一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：步骤一中进行原料组分与配比确定时，其确定过程如下：

步骤101、各组元合金元素确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，计算各组元合金元素的含量，其中包括氧元素的含量w_O1和铁元素的含量w_Fe1；

步骤102、根据步骤101中所确定各组元合金元素的含量，确定用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，并相应对所述海绵钛的用量进行确定；同时，对所述混合粉末中所述B组分的类型进行确定；

步骤103、根据步骤102中所确定的用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，对所有用于配入其它合金元素的材料中，氧元素的总含量w_O2和铁元素的总含量w_Fe2分别进行确定；同时，根据步骤102中所述海绵钛的用量，对所选用海绵钛中氧元素的总含量w_O4和铁元素的总含量w_Fe4分别进行确定；

步骤104、根据步骤103中所确定的w_O2和w_Fe2，并结合步骤一中所确定的w_O1和w_Fe1，对所述混合粉末中氧元素的总含量w_O3和铁元素的总含量w_Fe3分别进行确定，其中w_O3＝w_O1-w_O2-w_O4，w_Fe3＝w_Fe1-w_Fe2-w_Fe4；

步骤105、根据步骤104中所确定的w_O3和w_Fe3，并结合所选用B组分的类型，对所述混合粉末中A组分和B组分的配比以及A组分和B组分各自的用量进行确定；

步骤101中所确定的w_O1和w_Fe1均为质量百分比含量；

步骤103中所确定的w_O2为所有用于配入其它合金元素的材料中所含的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe2为所有用于配入其它合金元素的材料中所含铁元素占所述原料的质量百分比；w_O4为所选用海绵钛中的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe4为所选用海绵钛中的铁元素占所述原料的质量百分比；

步骤104中所确定的w_O3为所述混合粉末中所含的氧元素占所述原料的质量百分比，w_Fe3为所述混合粉末中所含铁元素占所述原料的质量百分比。

3.按照权利要求1或2所述的一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：步骤一中所述用于配入其它合金元素的材料，以纯金属粉末、中间合金颗粒或海绵状金属颗粒的形式配入。

4.按照权利要求3所述的一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：步骤一中所述需制备钛合金为TC4钛合金，所述用于配入其它合金元素的材料为铝豆和Al-V中间合金颗粒。

5.按照权利要求1或2所述的一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：所述混合粉末的粒径为80目以下。

6.按照权利要求1或2所述的一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：步骤一中所述海绵钛为0级海绵钛或1级海绵钛。

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