CN103243227A - 一种等原子比钛镍合金铸锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等原子比钛镍合金铸锭的制备方法，先采用真空感应炉熔炼制备钛镍合金一次铸锭，再将钛镍合金一次铸锭组焊成为自耗电极进行真空自耗炉熔炼钛镍合金二次铸锭。采用钛镍合金作为辅助电极，钛镍合金一侧连接熔炼炉的电极杆，钛镍合金另一侧与钛镍合金一次铸锭组焊的自耗电极进行炉内焊接。本方法可以实现镍含量处于49～52at％的钛镍二元合金，或者含有Fe、V、Al、Nb、Cr等元素的三元或多元合金的铸锭。合金成分均匀，杂质含量低，满足了电子、机械、宇航、能源、医疗卫生及生活日用品等领域对钛镍合金的要求。
Description
技术领域：
本发明涉及一种钛镍合金熔炼方法，特别是一种等原子比钛镍形状记忆合金大型铸锭的熔炼方法。
背景技术：
钛镍基形状记忆合金是20世纪六十年代兴起的一种具有形状记忆、超弹性和高阻尼三大特性的新型金属功能材料，同时还具有优良的生物相容性，应用已遍及电子、机械、宇航、能源、家电、医疗卫生及生活日用品等各个领域。
等原子比Ti-Ni合金材料的主要技术性能是超弹性和形状记忆效应，包括合金相变点、恢复应力和恢复率等参数，化学成分是影响合金的性能的最敏感因素。对于近等原子比的Ti-Ni合金，Ni含量每变化0.1at％时，合金的相变点改变约10℃；当Ni含量小于50.5at％时，Ti-Ni合金的超弹性性能较差；Ni含量越高，超弹性性能越好，但Ni含量超过51at％时，合金会变脆。可见，合金的化学成分必须在0.04at％Ni范围内准确控制，熔炼技术是钛镍合金制备的第一大难点。
目前TiNi合金熔炼工艺主要有：真空感应一次熔炼法、真空自耗+真空感应熔炼法或真空凝壳+真空自耗熔炼法等。其中，工业生产常采用真空感应一次熔炼法，具有工艺简便，能耗少，成本低和合金成份均匀等特点。两真空熔炼相结合的方法多用于试验对比论证，且由于焊接、成分控制及生产成本等方面的问题未普遍使用。
虽然中频感应熔炼钛镍合金可以得到组织均匀，成分配比合适的铸锭。但是由于熔炼设备本身及熔炼工艺的限制，一般制备20Kg以下的小型铸锭，且由于合金的流动性较差，以及浇注条件的限制，不可避免地产生气孔、冷隔等缺陷。相对地，真空自耗熔炼可以有效去除气孔、夹杂，并可实现铸锭大型化、规模化生产。
本专利采用中频感应熔炼与真空自耗炉熔炼相结合的方法，掌握了钛镍合金大型铸锭制备的关键技术，获得成分均匀、洁净的大型钛镍铸锭，提高了材料的成材率及批次稳定性。
发明内容：
本发明的构思是，先将符合等原子比配比的海绵钛、电解镍原材料采用25Kg中频真空感应熔炼15Kg的一次钛镍合金铸锭。将一次锭进行组焊作为自耗电极，由于电极长度的限制，组焊的一次锭个数可以选择4～10个之间。真空自耗炉熔炼就可得到60～150Kg的二次铸锭。
钛镍合金的焊接性较差，一次锭组焊的好坏决定着自耗炉熔炼能否顺利进行。事实上，前期试验中一次锭之间没有焊接好，自耗炉熔炼就发生了掉弹的现象。经过多次的试验总结，本发明采用钛镍合金作为焊接材料添加于一次锭之间，实现了钛镍铸锭间的良好焊接。并且采用钛镍合金作为辅助电极一边连接熔炼炉的电极杆，一边与一次锭组焊的自耗电极进行炉内焊接。由此避免了自耗炉时熔炼发生掉弹，确保了熔炼的稳定进行。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种等原子比钛镍合金铸锭的制备方法，先采用真空感应炉熔炼制备钛镍合金一次铸锭，再将钛镍合金一次铸锭组焊成为自耗电极进行真空自耗炉熔炼钛镍合金二次铸锭。
为得到致密匀质的二次铸锭，组焊电极时一次锭必须采取科学的排列方法。切去钛镍合金一次铸锭的冒口，钛镍合金一次铸锭与冒口分开排列，并将冒口统一置于钛镍合金一次铸锭上方与二次铸锭的冒口部位相对应。这种排列方法既保证了二次锭成分的均匀性，也节约了材料。
所述钛镍合金一次铸锭组焊时，采用钛镍合金作为焊接材料添加于相邻一次锭之间，实现了钛镍合金一次铸锭间的良好焊接；并且采用钛镍合金作为辅助电极，钛镍合金一侧连接熔炼炉的电极杆，钛镍合金另一侧与钛镍合金一次铸锭组焊的自耗电极进行炉内焊接。
所述真空自耗炉熔炼钛镍合金二次铸锭采用钛镍合金辅助电极。
所述真空感应炉为25Kg级真空感应炉。
所述钛镍合金二次铸锭为60～150Kg。
所述钛镍合金二次铸锭是镍含量为49～52at％的钛镍二元合金。
所述钛镍合金二次铸锭是镍含量为49～52at％的钛镍三元或多元合金，该三元或多元合金中含有Fe、V、Al、Nb、Cr元素中的一种或多种。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明在感应熔炼得到匀质钛镍铸锭的基础上，采用二次自耗炉熔炼的工艺，去除一次铸锭中气孔、冷隔等缺陷，且实现了100Kg以上的大型钛镍铸锭。
具体实施方式：
下面对本发明做进一步详细描述：
实施例1TiNi49合金的Φ160-60Kg铸锭熔炼方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照Ti-Ni49at％(Ti-Ni54.08wt％)配比，在25Kg中频真空感应炉中熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。选用一次锭4个进行组焊作为自耗电极，重量为90Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ160mm铜坩埚，获得Φ160-60Kg铸锭。
实施例2TiNi52合金的Φ220-150Kg铸锭熔炼方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照Ti-Ni52at％(Ti-Ni57.04wt％)配比，在25Kg中频真空感应炉中熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。选用一次锭10个进行组焊作为自耗电极，重量为150Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ220mm铜坩埚，获得Φ220-150Kg铸锭。
实施例3TiNiV(Ti-Ni50.8-V0.5at％)合金的Φ160-120Kg铸锭熔炼方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照TiNiV(Ti-Ni55.85-V0.47wt％)配比，在25Kg中频真空感应炉中熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。选用一次锭8个进行组焊作为自耗电极，重量为120Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ160mm铜坩埚，获得Φ160-120Kg铸锭。
实施例4TiNi47Fe3(Ti-Ni47-Fe3at％)合金的Φ160-120Kg铸锭熔炼方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照TiNi47Fe3(Ti-Ni51.86-Fe3.15wt％)配比，在25Kg中频真空感应炉中熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。选用一次锭8个进行组焊作为自耗电极，重量为120Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ160mm铜坩埚，获得Φ160-120Kg铸锭。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种等原子比钛镍合金铸锭的制备方法，其特征在于：先采用真空感应炉熔炼制备钛镍合金一次铸锭，再将钛镍合金一次铸锭组焊成为自耗电极进行真空自耗炉熔炼钛镍合金二次铸锭。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钛镍合金一次铸锭组焊时，采用钛镍合金作为焊接材料添加于相邻一次锭之间，实现了一次铸锭间的良好焊接；并且采用钛镍合金作为辅助电极，钛镍合金一侧连接熔炼炉的电极杆，另一侧与一次铸锭组焊的自耗电极进行炉内焊接。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述真空自耗炉熔炼钛镍合金二次铸锭采用钛镍合金辅助电极。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将钛镍合金一次铸锭组焊成为自耗电极时采用如下方式排列钛镍合金一次铸锭，切去钛镍合金一次铸锭的冒口，钛镍合金一次铸锭与冒口分开排列，并将冒口统一置于铸锭上方与钛镍合金二次铸锭的冒口部位相对应。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述真空感应炉为25Kg级真空感应炉。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钛镍合金二次铸锭为60～150Kg。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钛镍合金二次铸锭是镍含量为49～52at％的钛镍二元合金。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钛镍合金二次铸锭是镍含量为49～52at％的钛镍三元或多元合金，该三元或多元合金中含有Fe、V、Al、Nb、Cr元素中的一种或多种。
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