CN104762527A

CN104762527A - 一种Ti-Ta中间合金铸锭及其制备方法

Info

Publication number: CN104762527A
Application number: CN201510175657.6A
Authority: CN
Inventors: 樊凯; 孙宝洋; 车伟
Original assignee: XIANYANG TIANCHENG TITANIUM INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: XIANYANG TIANCHENG TITANIUM INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2015-07-08

Abstract

本发明公开了一种Ti-Ta中间合金铸锭,其元素组成为：Ta元素29～31wt.％，O元素≤0.05wt.％，Fe元素≤0.15wt.％，C元素≤0.08wt.％，N元素≤0.03wt.％，H元素≤0.01wt.％，余量为Ti，以上组分质量总和为100％。本发明还公开了上述Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法。本发明通过控制Ta元素的含量，降低了Ti-Ta中间合金的熔点；并通过两次熔炼，获得了成分均匀，无Ta不熔块夹杂，杂质含量低的Ti-Ta中间合金铸锭，在原材料上对生产含Ta钛合金铸锭提供充足的质量保证，具有广阔的市场前景。

Description

一种Ti-Ta中间合金铸锭及其制备方法

技术领域

本发明属于合金制备领域，涉及一种Ti-Ta中间合金铸锭，本发明还涉及上述Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法。

背景技术

Ti-Ta合金中含有高密度、高熔点元素Ta，其熔点高达2980℃，而活性金属Ti的熔点仅为1687℃，二者熔点相差大，在熔炼过程中很容易形成Ta不熔块；同时由于金属Ta的密度高达16.69g/cm³，金属Ti的密度仅为4.5g/cm³，在熔炼过程中很容易形成密度偏析；基于金属Ti和金属Ta的性能差异，Ti-Ta合金相图中液相线与固相线距离较大，致使制备成分均匀性高、杂质元素含量低的Ti-Ta合金铸锭难度很大。

由于TNTZ合金、Ti35合金等一些合金中不含Al元素，在该类合金中若添加Ta元素，必须依靠成分均匀，无Ta不熔块的Ti-Ta中间合金。因此Ti-Ta中间合金的成功制备，将在原材料上对生产含Ta钛合金铸锭提供充足的质量保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ti-Ta中间合金铸锭，提高了生产含Ta钛合金铸锭原料的质量，解决了现有方法制备得到的Ti-Ta合金铸锭成分均匀性差，杂质元素含量高的问题。

本发明的另一目的是提供上述Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种Ti-Ta中间合金铸锭，元素组成为：Ta元素29～31wt.％，O元素≤0.05wt.％，Fe元素≤0.15wt.％，C元素≤0.08wt.％，N元素≤0.03wt.％，H元素≤0.01wt.％，余量为Ti，以上组分质量总和为100％。

本发明的另一技术方案是，上述Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，制备得到的Ti-Ta中间合金铸锭的元素组成为：Ta元素29～31wt.％，O元素≤0.05wt.％，Fe元素≤0.15wt.％，C元素≤0.08wt.％，N元素≤0.03wt.％，H元素≤0.01wt.％，余量为Ti，以上组分质量总和为100％；

具体按以下步骤实施：

步骤1，制备电极：

将海绵钛压制成型为电极块，然后将电极块与Ta棒组合，并将电极块焊接连接，即得到电极；

步骤2，一次熔炼：

将步骤1得到的电极放入真空自耗电弧炉中，控制熔炼参数，进行第一次熔炼，冷却后得到一次熔炼铸锭；

步骤3，二次熔炼：

将步骤2得到的一次熔炼铸锭放入真空自耗电弧炉中，控制熔炼参数，进行第二次熔炼，冷却后即得到Ti-Ta中间合金铸锭。

本发明的特点还在于，

步骤1中海绵钛与Ta棒的质量百分比为：海绵钛69％～71％，Ta棒29％～31％。

步骤2中一次熔炼的参数为：熔前漏气率≤0.7Pa/min，熔炼过程中真空度≤1Pa，熔炼电流为8～11kA，熔炼电压为30～35V，熔炼后冷却时间大于2h。

步骤2中一次熔炼铸锭在进行二次熔炼前进行平头处理，去除铸锭飞边。

步骤3中二次熔炼的参数为：熔前漏气率≤1Pa/min，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流5～7kA，熔炼电压28～32V，熔炼后冷却时间大于3h。

步骤3中二次熔炼时将一次熔炼铸锭掉头熔炼。

本发明的有益效果是，本发明通过控制Ta元素的含量，降低了Ti-Ta中间合金的熔点；并通过两次熔炼，获得了成分均匀，无Ta不熔块夹杂，杂质含量低的Ti-Ta中间合金铸锭，在原材料上对生产含Ta钛合金铸锭提供充足的质量保证，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明Ti-Ta中间合金铸锭制备过程中电极的剖面图。

图中，1.压制成型海绵钛，2.钽棒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种Ti-Ta中间合金铸锭，其元素组成为：Ta元素29～31wt.％，O元素≤0.05wt.％，Fe元素≤0.15wt.％，C元素≤0.08wt.％，N元素≤0.03wt.％，H元素≤0.01wt.％，余量为Ti，以上组分质量总和为100％。

本发明提供了上述Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备电极：

1.1)选取零级海绵钛和一级钽棒，将海绵钛压制成型为电极块，将Ta棒夹装于电极块中间，如图1所示；其中海绵钛与Ta棒的质量百分比为：海绵钛69％～71％，Ta棒29％～31％。

1.2)用夹具夹紧步骤1.1制备得到的电极块与Ta棒的组合体，采用水冷铜极氩气保护焊将电极块焊接连接形成电极。焊点要求为银灰色或淡黄色。

步骤2，一次熔炼：

将步骤1得到的电极放入坩埚，在真空自耗电弧炉中熔炼，控制熔前漏气率≤0.7Pa/min，熔炼过程中真空度≤1Pa，熔炼电流为8～11kA，熔炼电压为30～35V，熔炼后冷却时间大于2h，得到一次熔炼铸锭。

熔炼完成后需将铸锭在车床上进行平头处理，去除端面熔炼过程中产生的飞边，确保安全起弧熔炼。

步骤3，二次熔炼：

将经步骤2熔炼得到的铸锭放入坩埚，在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼，控制熔前漏气率≤1Pa/min，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流5～7kA，熔炼电压28～32V，熔炼后冷却时间大于3h，得到Ti-Ta中间合金铸锭。

由于Ta的密度较高，在熔炼过程中容易下沉，形成不熔块，因此在二次熔炼时，需将平头处理过的铸锭掉头熔炼，即将铸锭平头处理过的一端置于坩埚底部进行熔炼。

本发明通过控制Ti-Ta中间合金中Ta元素的配比在29～31wt.％，使得熔点差异巨大Ti和Ta在熔炼为合金后，不出现不熔块，得到的Ti-Ta中间合金熔点约为1860℃。通过采用两次熔炼的方式，有效防止了Ta元素的密度偏析，保证了Ti-Ta中间合金铸锭的成分均匀性。

实施例1

按质量百分比69％：31％称取零级海绵钛和一级钽棒，将海绵钛压制成型为电极块，并将钽棒夹装于电极块中间，用夹具夹紧电极块，采用水冷铜极氩气保护焊将电极块焊接连接，得到电极；将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼两次：一次熔炼采用Φ160mm的坩埚，控制熔前漏气率0.5Pa/min，熔炼过程中真空度0.8Pa，熔炼电流为8kA，熔炼电压为30V，熔炼后冷却2.3h，得到一次熔炼铸锭；将一次熔炼铸锭在车床上进行平头处理，然后掉头进行二次熔炼：采用Φ220mm的坩埚，控制熔前漏气率1Pa/min，熔炼过程中真空度0.8Pa，熔炼电流5kA，熔炼电压28V，熔炼后冷却3.5h，得到规格为Φ220mm的Ti-Ta中间合金铸锭。

对Ti-Ta中间合金铸锭头、中、尾取样，检测其中各元素的含量及分布情况，检测结果如表1所示：制备得到的规格为Φ220mm的Ti-Ta中间合金铸锭各元素分布均匀，杂质含量低；同时对铸锭头、中、尾部位切片进行X射线透射，结果显示未发现任何成分偏析和Ta不熔块的冶金缺陷。

表1规格为Φ220mm的Ti-Ta中间合金铸锭化学成分(wt.％)

实施例2

按质量百分比70％：30％称取零级海绵钛和一级钽棒，将海绵钛压制成型为电极块，并将钽棒夹装于电极块中间，用夹具夹紧电极块，采用水冷铜极氩气保护焊将电极块焊接，得到电极；将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼两次：一次熔炼采用Φ220mm的坩埚，控制熔前漏气率0.7Pa/min，熔炼过程中真空度1Pa，熔炼电流为11kA，熔炼电压为35V，熔炼后冷却2.5h，得到一次熔炼铸锭；将一次熔炼铸锭在车床上进行平头处理，然后掉头进行二次熔炼：采用Φ280mm的坩埚，控制熔前漏气率0.8Pa/min，熔炼过程中真空度0.5Pa，熔炼电流7kA，熔炼电压32V，熔炼后冷却4h，得到规格为Φ280mm的Ti-Ta中间合金铸锭。

对Ti-Ta中间合金铸锭头、中、尾取样，检测其中各元素的含量及分布情况，检测结果如表2所示：制备得到的规格为Φ280mm的Ti-Ta中间合金铸锭各元素分布均匀，杂质含量低；同时对铸锭头、中、尾部位切片进行X射线透射，结果显示未发现任何成分偏析和Ta不熔块的冶金缺陷。

表2规格为Φ280mm的Ti-Ta中间合金铸锭化学成分(wt.％)

实施例3

按质量百分比71％：29％称取零级海绵钛和一级钽棒，将海绵钛压制成型为电极块，并将钽棒夹装于电极块中间，用夹具夹紧电极块，采用水冷铜极氩气保护焊将电极块焊接连接，得到电极；将电极置于真空自耗电弧炉中熔炼两次：一次熔炼采用Φ160mm的坩埚，控制熔前漏气率0.6Pa/min，熔炼过程中真空度0.5Pa，熔炼电流为10kA，熔炼电压为33V，熔炼后冷却3h，得到一次熔炼铸锭；将一次熔炼铸锭在车床上进行平头处理，然后掉头进行二次熔炼：采用Φ220mm的坩埚，控制熔前漏气率0.5Pa/min，熔炼过程中真空度0.7Pa，熔炼电流6kA，熔炼电压30V，熔炼后冷却3.7h，得到规格为Φ220mm的Ti-Ta中间合金铸锭。

Claims

1.一种Ti-Ta中间合金铸锭，其特征在于，Ti-Ta中间合金铸锭的元素组成为：Ta元素29～31wt.％，O元素≤0.05wt.％，Fe元素≤0.15wt.％，C元素≤0.08wt.％，N元素≤0.03wt.％，H元素≤0.01wt.％，余量为Ti，以上组分质量总和为100％。

2.一种Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，其特征在于，制备得到的Ti-Ta中间合金铸锭的元素组成为：Ta元素29～31wt.％，O元素≤0.05wt.％，Fe元素≤0.15wt.％，C元素≤0.08wt.％，N元素≤0.03wt.％，H元素≤0.01wt.％，余量为Ti，以上组分质量总和为100％；

具体按以下步骤实施：

步骤1，制备电极：

将海绵钛压制成型为电极块，将Ta棒夹装于电极块中间，然后将电极块焊接连接，即得到电极；

步骤2，一次熔炼：

步骤3，二次熔炼：

3.根据权利要求2所述的一种Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤1中海绵钛与Ta棒的质量百分比为：海绵钛69％～71％，Ta棒29％～31％。

4.根据权利要求2所述的一种Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤2中一次熔炼的参数为：熔前漏气率≤0.7Pa/min，熔炼过程中真空度≤1Pa，熔炼电流为8～11kA，熔炼电压为30～35V，熔炼后冷却时间大于2h。

5.根据权利要求2所述的一种Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤2中一次熔炼铸锭在进行二次熔炼前进行平头处理，去除铸锭飞边。

6.根据权利要求2所述的一种Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤3中二次熔炼的参数为：熔前漏气率≤1Pa/min，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流5～7kA，熔炼电压28～32V，熔炼后冷却时间大于3h。

7.根据权利要求2所述的一种Ti-Ta中间合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤3中二次熔炼时将一次熔炼铸锭掉头熔炼。