CN105177304A - 一种电子束冷床炉熔炼生产tb6板坯的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，将粒度为6mm～10mm的V-Al合金与粒度为6mm～8mm的Fe屑混合均匀后压制成电极块，用炉内焊将电极块焊接成电极，再用真空自耗电弧炉熔炼得V-Al-Fe中间合金，将破碎成粒度≤3mm的V-Al-Fe中间合金颗粒并与海绵钛混合均匀后压制成块料，将块料装进电子束冷床炉的进料器并装至电子束冷床炉的进料系统，抽真空至进料器内真空度≤0.2Pa时，开启电子枪熔炼，然后浇铸，浇铸完成后对铸锭补缩，再冲氩冷却即获得TB6板坯。本发明可有效解决传统方法生产TB6板坯出现的问题及不足、生产的铸锭规格大、重量高、质量好，生产速度快，工序流程短、操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金TB6板坯的生产方法技术领域。
背景技术
Ti-1023(名义化学成分为Ti-10V-2Fe-3Al)钛合金是美国Timet公司于1971年研制成功的、迄今为止应用最为广泛的一种高韧近β型钛合金。它是为适应损伤容限设计原则而产生的高结构效益、高可靠性和低制造成本的锻造钛合金，经适当的加工和处理可达到强度、韧性和抗疲劳性能的最佳配合。TB6是在Ti-1023的基础上研发的国产化的一种钛合金，该合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的力学性能，经热处理后其抗拉强度δb为965～1310MPa，断裂韧性KIC为99～33MPa·m1/2。TB6钛合金主要应用于制造如主起落架、横梁、滑轨、接头等零部件，在波音757、737、A300、A320、F14、F18、BIB上得到广泛应用，也可用于316℃以下工作的发动机构件。
在传统制备TB6的工艺多采用两次或者三次真空自耗电弧炉(VAR)熔炼，采用VAR炉的熔炼工艺较为成熟，可方便对合金的成分进行调整控制，能生产出成分均匀的产品，但是对去除金属中对基体材料密度高、熔点高的材料很容易造成夹杂、孔洞、裂纹等缺陷，为后续加工中带来困难。电子束冷床熔炼技术(EBCHMR)可较好解决上述的问题，其具有熔炼冷床及精炼冷床可以控制液态金属的流动时间，但是也由于冷床的存在会诱导高密度元素进入凝壳，造成铸锭的化学成分出现偏差。
发明内容
本发明所的目的在于解决上述现有技术出现的不足，提供一种可有效地解决传统方法生产TB6板坯出现的问题及不足、生产的铸锭规格大、重量高、质量好，生产速度快，工序流程短、操作方便的电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，包括如下步骤：
(1)将粒度为6mm～10mm的V-Al合金与粒度为6mm～8mm的Fe屑混合均匀后，压制成电极块，然后采用炉内焊将电极块焊接成电极，再用真空自耗电弧炉一次熔炼得V-Al-Fe中间合金，浇铸成V-Al-Fe中间合金锭；
(2)将V-Al-Fe中间合金锭破碎成粒度≤3mm的V-Al-Fe中间合金颗粒；
(3)将V-Al-Fe中间合金颗粒与海绵钛混合均匀后压制成块料，再将块料装进电子束冷床炉的进料器即阿基米德螺旋筒中，将进料器装至电子束冷床炉的进料系统中并对进料器抽真空，至进料器内真空度≤0.2Pa时，开启电子枪进行熔炼，选择方形结晶器进行浇铸，浇铸完成后对铸锭进行补缩，补缩结束后，对铸锭进行冲氩冷却，冷却完成即获得TB6板坯。
上述步骤(1)所述V-Al合金的V质量含量为55～65％，Al质量含量为35～45％，Fe屑的纯度≥99.9％。步骤(1)所述真空自耗电弧炉的熔炼真空度≤5Pa，熔炼电流为1300～1800A，熔炼电压为28～30V。
上述步骤(3)所述块料为直径Ф80～100mm、长度60～80mm的圆柱体块料。步骤(3)所述电子束冷床炉的熔炼速度为800～1000kg/h，熔炼功率1200kW～1500kW，成型功率为380～420kW。步骤(3)所述冲氩冷却的冷却时间为360min～480min。
本发明将真空自耗电弧炉(VAR)熔炼与电子束冷床熔炼技术(EBCHMR)相结合，采用将比基体密度大的元素或饱和蒸汽压高的元素均以合金的形式加入的方式，即V、Al、Fe元素V-Al-Fe合金的形式加入，降低了Al元素的挥发量，提高了原料的利用率，减少了熔炼冷床及精炼冷床对V元素的捕捉量，同时也抑制了Fe元素在铸锭中的偏析。采用电子束冷床炉一次熔炼浇铸成板坯，可降低后续TB6卷、板的加工成本及提高其生产效率。本发明生产的铸锭质量高，能大大缩短TB6板、带的生产工序流程，成材率大为提高，可获得明显的经济效益。
具体实施方式
实施例1
一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，包括如下步骤：
(1)将粒度为6mm～10mm的V-Al合金与粒度为6mm～8mm的Fe屑进行混合，混合均匀后，采用600T压力机施加轴向15MPa压力压制成尺寸为Φ100mm×长度300mm的电极块，然后采用炉内焊将电极块焊接成尺寸为Φ100mm×长度1500mm电极，再将电极置于真空自耗电弧炉中，在熔炼真空度小于5Pa时，开始进行熔炼，熔炼电流为1500A，熔炼电压为30V的条件下一次熔炼得V-Al-Fe中间合金锭；本实施例V-Al合金的V质量含量为60％，Al质量含量为40％，Fe屑的纯度≥99.9％；
(2)将V-Al-Fe中间合金锭破碎成粒度≤3mm的V-Al-Fe中间合金颗粒；
(3)将V-Al-Fe中间合金颗粒与海绵钛混合均匀后，采用600T压力机施加轴向21MPa的压力压制成尺寸为直径Ф100mm×长度60mm的圆柱体块料，再将块料装进电子束冷床炉的进料器即阿基米德螺旋筒中，将阿基米德螺旋筒装至电子束冷床炉的进料系统中并对进料器抽真空，至真空度≤0.2Pa时，开启电子枪进行熔炼，熔炼功率为1500kW，成型功率为380kW，熔炼速度为950kg/h。选择尺寸为1250mm×210mm的方形结晶器进行浇铸，浇铸完成后对铸锭进行补缩，补缩结束后，对铸锭进行冲氩冷却，冷却时间为380min，冷却完成后即可获得TB6合金板坯。
实施例2
一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，包括如下步骤：
(1)将粒度为6mm～10mm的V-Al合金与粒度为6mm～8mm的Fe屑进行混合，混合均匀后，采用600T压力机施加轴向15MPa压力压制成尺寸为Φ100mm×长度300mm的电极块，然后采用炉内焊将电极块两两焊接成尺寸为Φ100mm×长度1500mm电极，再将电极置于真空自耗电弧炉中，在熔炼真空度为5Pa时，开始进行熔炼，熔炼电流为1800A，熔炼电压为28V的条件下一次熔炼得V-Al-Fe中间合金锭；本实施例V-Al合金的V质量含量为55％，Al质量含量为45％，Fe屑的纯度≥99.9％；
(2)将V-Al-Fe中间合金锭破碎成粒度≤3mm的V-Al-Fe中间合金颗粒；
(3)将V-Al-Fe中间合金颗粒与海绵钛混合均匀后，采用600T压力机施加轴向21MPa的压力压制成尺寸为直径Ф80mm×长度80mm的圆柱体块料，再将块料装进电子束冷床炉的进料器即阿基米德螺旋筒中，将阿基米德螺旋筒装至电子束冷床炉的进料系统中并对进料器抽真空，至进料器内真空度为0.2Pa时，开启电子枪进行熔炼，熔炼功率为1200kW，成型功率为420kW，熔炼速度为800kg/h。选择尺寸为1250mm×210mm的方形结晶器进行浇铸，浇铸完成后对铸锭进行补缩，补缩结束后，对铸锭进行冲氩冷却，冷却时间为360min，冷却完成后即可获得TB6合金板坯。
实施例3
一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，包括如下步骤：
(1)将粒度为6mm～10mm的V-Al合金与粒度为6mm～8mm的Fe屑进行混合，混合均匀后，采用600T压力机施加轴向15MPa压力压制成尺寸为Φ100mm×长度300mm的电极块，然后采用炉内焊将电极块两两焊接成尺寸为Φ100mm×长度1500mm电极，再将电极置于真空自耗电弧炉中，在熔炼真空度接近5Pa时，开始进行熔炼，熔炼电流为1300A，熔炼电压为29V的条件下一次熔炼得V-Al-Fe中间合金；用真空自耗电弧炉一次熔炼得V-Al-Fe中间合金，浇铸成V-Al-Fe中间合金锭。本实施例V-Al合金的V质量含量为65％，Al质量含量为35％，Fe屑的纯度≥99.9％；
(2)将V-Al-Fe中间合金锭破碎成粒度≤3mm的V-Al-Fe中间合金颗粒；
(3)将V-Al-Fe中间合金颗粒与海绵钛混合均匀后，采用600T压力机施加轴向21MPa的压力压制成尺寸为直径Ф90mm×长度70mm的圆柱体块料，再将块料装进电子束冷床炉的进料器即阿基米德螺旋筒中，将阿基米德螺旋筒装至电子束冷床炉的进料系统中并对进料器抽真空，至真空度接近0.2Pa时，开启电子枪进行熔炼，熔炼功率为1400kW，成型功率为400kW，熔炼速度为1000kg/h。选择尺寸为1250mm×210mm的方形结晶器进行浇铸，浇铸完成后对铸锭进行补缩，补缩结束后，对铸锭进行冲氩冷却，冷却时间为480min，冷却完成后即可获得TB6合金板坯。
本发明采用V-Al-Fe中间合金代替常规原料组料的方法，V、Al、Fe元素均以V-Al-Fe合金的形式加入，降低了Al元素的挥发量，提高了原料的利用率，减少了熔炼冷床及精炼冷床对V元素的捕捉量，同时也抑制了Fe元素在铸锭中的偏析。采用电子束冷床炉一次熔炼浇铸成板坯，为后续TB6卷、板的加工提供了便利。
本发明所述及600T压力机、真空自耗电弧炉、电子束冷床炉均为现有技术设备。所述冲氩冷却等可采用现有工艺技术。
以上所述，仅是本发明较佳的实施例，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进行简单的修改、变更以及等效结构的变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将粒度为6mm～10mm的V-Al合金与粒度为6mm～8mm的Fe屑混合均匀后，压制成电极块，然后采用炉内焊将电极块焊接成电极，再用真空自耗电弧炉一次熔炼得V-Al-Fe中间合金，浇铸成V-Al-Fe中间合金锭；
(2)将V-Al-Fe中间合金锭破碎成粒度≤3mm的V-Al-Fe中间合金颗粒；
(3)将V-Al-Fe中间合金颗粒与海绵钛混合均匀后压制成块料，再将块料装进电子束冷床炉的进料器即阿基米德螺旋筒中，将进料器装至电子束冷床炉的进料系统中并对进料器抽真空，至进料器内真空度≤0.2Pa时，开启电子枪进行熔炼，选择方形结晶器进行浇铸，浇铸完成后对铸锭进行补缩，补缩结束后，对铸锭进行冲氩冷却，冷却完成即获得TB6板坯。
2.根据权利要求1所述的一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，其特征在于，步骤(1)所述V-Al合金的V质量含量为55～65％，Al质量含量为35～45％，Fe屑的纯度≥99.9％。
3.根据权利要求1所述的一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，其特征在于，步骤(1)所述真空自耗电弧炉的熔炼真空度≤5Pa，熔炼电流为1300～1800A，熔炼电压为28～30V。
4.根据权利要求1所述的一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，其特征在于，步骤(3)所述块料为直径Ф80～100mm、长度60～80mm的圆柱体块料。
5.根据权利要求1所述的一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，其特征在于，步骤(3)所述电子束冷床炉的熔炼速度为800～1000kg/h，熔炼功率1200kW～1500kW，成型功率为380～420kW。
6.根据权利要求1所述的一种电子束冷床炉熔炼生产TB6板坯的方法，其特征在于，步骤(3)所述冲氩冷却的冷却时间为360min～480min。
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