CN107164707A - 铸锭的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

一种铸锭的表面处理方法，包括：提供铸锭；采用表面熔整工艺，对所述铸锭的表面进行加热和熔化。本发明采用表面熔整工艺，对所述铸锭的表面进行加热和熔化，在熔整工艺结束后，所述铸锭表面熔化的材料重新凝固，所述铸锭表面缺陷减小或消除；且对所述铸锭的损耗量也较少，提高了铸锭的利用率。

Description

铸锭的表面处理方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种铸锭的表面处理方法。

背景技术

在工业生产上，熔炼技术是铸锭制造的主要技术。熔炼技术是将金属材料及其它辅助材料投入熔炼炉溶化并调质，炉料在高温熔炼炉内发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。熔炼技术主要包括真空电弧熔炼、等离子熔炼或电子束熔炼，其中，电子束熔炼是目前被广泛使用的一种熔炼技术。

电子束熔炼炉(Electron Beam Refine Furnace,EB炉)，是利用高速运动电子的动能转换成热能作为热源，将金属熔化成铸锭的一种真空熔炼设备。由于EB炉真空度高，提纯效果好，可以同时去除高密度与低密度杂质，因此广泛用于生产洁净金属，对于高纯钛以及钛合金生产领域发挥着重要作用。

但通过熔炼技术制成的铸锭，由于冶金技术特征和人员操作水平等种种因素，容易造成铸锭表面存在不同类型的缺陷，例如：褶皱、裂纹、薄膜或气孔等。因此，制成所述铸锭后，还需对所述铸锭进行表面处理工艺，以去除铸锭表面的缺陷。

但是，现有技术铸锭的表面处理方法，铸锭的利用率较低。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种铸锭的表面处理方法，提高铸锭的利用率。

为解决上述问题，本发明提供一种铸锭的表面处理方法，包括：提供铸锭；采用表面熔整工艺，对所述铸锭的表面进行加热和熔化。

可选的，所述表面熔整工艺为电子束熔整工艺、激光熔整工艺或等离子熔整工艺。

可选的，所述电子束熔整工艺的步骤包括：提供电子束炉，所述电子束炉内设置有旋转机构、电子枪枪室和电子枪；将所述铸锭安装至所述旋转机构上；使电子束炉和电子枪枪室达到预设真空度值后，启动所述电子枪；对所述电子枪发出的电子束进行引束工艺，使所述电子枪功率调整至预设值并设定电子束的扫描图案；使所述电子束投射至所述铸锭的第一区域，通过所述旋转机构旋转所述铸锭，使所述电子束对所述第一区域对应的旋转表面进行扫描以实现表面熔整；使所述电子束投射至铸锭的下一区域，重复上述旋转和扫描的步骤，通过所述旋转机构旋转所述铸锭，使所述电子束对下一区域对应的旋转表面进行扫描，以实现表面熔整，直至完成整根铸锭的表面熔整工艺。

可选的，所述电子束炉的预设真空度值小于5E-2Pa，所述电子枪枪室的预设真空度值小于5E-3Pa。

可选的，所述电子枪功率预设值为30KW至50KW。

可选的，所述扫描图案为长方形，包括长和宽，长的尺寸为300毫米至400毫米，宽的尺寸为40毫米至50毫米。

可选的，对每一区域对应的旋转表面进行扫描的步骤包括：至少一次单次扫描操作，所述单次扫描操作中使所述电子束扫描所述旋转的铸锭直至达到预设时间。

可选的，所述单次扫描操作的表层渗透深度为6毫米至12毫米。

可选的，所述铸锭的旋转线速度为150毫米每分钟至200毫米每分钟。

可选的，所述预设时间为4分钟至6分钟。

可选的，所述单次扫描操作的次数为2次至3次。

可选的，使电子束投射至铸锭的下一区域的步骤包括：沿所述铸锭的轴线方向移动所述铸锭，使所述铸锭的下一区域移动至所述电子束投射区域；或者，沿所述铸锭的轴线方向移动所述电子枪枪室，使所述电子束投射区域移动至所述铸锭的下一区域。

可选的，所述铸锭为圆柱形铸锭，所述旋转机构为辊轮。

可选的，所述旋转机构的材料为钛、锆或不锈钢。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明采用表面熔整工艺，对所述铸锭的表面进行加热和熔化，在熔整工艺结束后，所述铸锭表面熔化的材料重新凝固，所述铸锭表面缺陷减小或消除，且对所述铸锭的损耗量也较少，提高了铸锭的利用率。

可选方案中，对每一区域对应的旋转表面进行扫描的步骤包括至少一次单次扫描操作，所述单次扫描操作中使所述电子束扫描所述旋转的铸锭直至达到预设时间，所述预设时间为4分钟至6分钟，因此完成整根铸锭的表面熔整工艺所需时间较少，从而可以提高生产效率。

可选方案中，所述表面熔整工艺为电子束熔整工艺，利用电子束发射的高能量电子对所述铸锭表面的冲击，将所述电子束的动能转化为铸锭表面的热能，以实现对所述铸锭表面的加热和熔化，相比现有技术，耗材的使用量减小，从而可以降低生产成本。

附图说明

图1和图2是本发明铸锭的表面处理方法一实施例的结构示意图；

图3是本发明电子束熔整工艺一实施例的流程示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，制成铸锭后，所述铸锭表面存在不同类型的缺陷，例如：褶皱、裂纹、薄膜或气孔等。因此，为了去除或减少所述铸锭表面的缺陷，目前主要通过机械加工的方法对所述铸锭进行表面处理，例如车床车削、喷砂或研磨等。

但是，所述机械加工方法耗时较长，效率低下，且对刀具的损耗量也较大。此外，通过所述机械加工的方法对所述铸锭表面进行表面处理后，所述铸锭的质量较大，约占整个铸锭质量的10％至15％，从而造成严重的浪费。

为了解决所述技术问题，本发明提供一种铸锭的表面处理方法，包括：提供铸锭；采用表面熔整工艺，对所述铸锭的表面进行加热和熔化。

本发明采用表面熔整工艺，对所述铸锭的表面进行加热和熔化，在熔整工艺结束后，所述铸锭表面熔化的材料重新凝固，所述铸锭表面缺陷减小或消除；且对所述铸锭的损耗量也较少，提高了铸锭的利用率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图1和图2示出了本发明铸锭的表面处理方法一实施例的结构示意图，图1为正视图，图2为侧视图。

结合参考图1和图2，提供铸锭100。

所述铸锭100可以采用真空电弧、等离子或电子束熔炼工艺制成。

所述铸锭100为金属材料或高纯金属材料。本实施例中，所述铸锭100的材料为高纯钛，且纯度不低于4N5。在另一实施例中，所述铸锭的材料还可以为高纯锆。

本实施例中，所述铸锭100的形状为圆柱体。所述铸锭100横截面的直径为300毫米至400毫米，所述铸锭100的长度为1100毫米至1200毫米。

继续参考图1和图2，采用表面熔整工艺，对所述铸锭100的表面进行加热和熔化。

所述表面熔整工艺可以为电子束熔整工艺、激光熔整工艺或等离子熔整工艺。本实施例中，所述表面熔整工艺为电子束熔整工艺。

其中，所述电子束熔整工艺、激光熔整工艺和等离子熔整工艺的不同之处在于：所述电子束熔整工艺通过发射电子束对所述铸锭100进行表面熔整，所述激光熔整工艺通过发射激光束对所述铸锭100进行表面熔整，所述等离子熔整工艺通过发射等离子束对所述铸锭100进行表面熔整。

所述电子束熔整工艺中，利用电子束发射的高能量电子对所述铸锭100表面的冲击，将所述电子束的动能转化为铸锭100表面的热能，以实现对所述铸锭100表面的加热和熔化，以实现对所述铸锭100的表面熔整。

结合参考图3，图3是本发明电子束熔整工艺的流程示意图。所述电子束熔整工艺包括以下基本步骤：

步骤S1：提供电子束炉，所述电子束炉内设置有旋转机构、电子枪枪室和电子枪；

步骤S2：将所述铸锭安装至所述旋转机构上；

步骤S3：使电子束炉和电子枪枪室达到预设真空度值后，启动所述电子枪；

步骤S4：对所述电子枪发出的电子束进行引束工艺，使所述电子枪功率调整至预设值并设定电子束的扫描图案；

步骤S5：使所述电子束投射至所述铸锭的第一区域，通过所述旋转机构旋转所述铸锭，使所述电子束对所述第一区域对应的旋转表面进行扫描以实现表面熔整；

步骤S6：使所述电子束投射至铸锭的下一区域，重复上述旋转和扫描的步骤，通过所述旋转机构旋转所述铸锭，使所述电子束对下一区域对应的旋转表面进行扫描，以实现表面熔整工艺，直至完成整根铸锭的表面熔整工艺。

为了更好地说明本实施例电子束熔整工艺，下面将结合参考图1和图2，对本实施例电子束熔整工艺做进一步的描述。

结合参考图1，首先执行步骤S1，提供电子束炉200，所述电子束炉200内设置有旋转机构300、电子枪枪室(图未示)和电子枪400。

所述电子束炉200是高温难熔金属熔炼的专用设备，需在高真空下进行。

本实施例中，所述电子束炉200还包括炉门(图未示)和真空机组(图未示)。

所述旋转机构300用于支撑所述铸锭100，并在后续电子束熔整工艺过程中使所述铸锭100发生旋转，从而对整根铸锭100的表面进行表面熔整工艺；所述电子枪400位于所述电子枪枪室内，且所述电子枪枪室为固定装置，所述电子枪400用于在后续电子束熔整工艺过程中，发射高能量电子，经过对所述铸锭100的冲击后，所述高能量电子的动能转化为所述铸锭100表面的热能，从而实现对所述铸锭100表面的加热和熔化。

本实施例中，所述旋转机构300的材料为钛、锆或不锈钢。

需要说明的是，为了避免所述旋转机构300使所述铸锭100引入杂质材料，所述旋转机构300的材料与所述铸锭100的材料相匹配。本实施例中，所述铸锭100的材料为高纯钛，相应的，所述旋转机构300的材料为钛。

在另一实施例中，所述铸锭的材料为高纯锆，相应的，所述旋转机构的材料为锆。

在其他实施例中，所述铸锭材料的纯度要求较低时，所述旋转机构的材料为不锈钢。

本实施例中，所述铸锭100的形状为圆柱体，相应的，所述旋转机构300为辊轮，包括相互平行的两根金属棒(未标示)，所述金属棒的材料为钛。

继续参考图1，然后执行步骤S2，将所述铸锭100安装至所述旋转机构300上。

本实施例中，为了便于后续采用电子束对所述铸锭100的表面进行熔整，将所述铸锭100放置于所述旋转机构300上后，使所述铸锭100置于所述两根平行的金属棒之间，且所述铸锭100的轴线方向与所述金属棒的延伸方向相平行。

需要说明的是，为了保证对所述铸锭100的支撑作用和所述铸锭100的旋转，两根金属棒的间距与所述铸锭100的直径相匹配。

接着执行步骤S3，使电子束炉200和电子枪枪室达到预设真空度值后，启动所述电子枪400。

具体地，将所述铸锭100安装至所述旋转机构300上后，关闭所述电子束炉200的炉门，启动真空机组，使电子束炉200和电子枪枪室达到预设真空度值后，启动所述电子枪400。

需要说明的是，为了防止在所述表面熔整工艺的过程中所述铸锭100发生氧化，所述电子束炉200需控制较好的真空状态。本实施例中，所述电子束炉200的预设真空度值小于5E-2Pa。

此外，为了使所述电子枪400激发高能量电子，且所述电子枪枪室的真空度较差时，容易引起所述电子枪400发出的电子束路径发生偏移，因此所述电子枪枪室需控制较好的真空状态。本实施例中，所述电子枪枪室的预设真空度值小于5E-3Pa。

接着执行步骤S4，对所述电子枪400发出的电子束进行引束工艺，使所述电子枪400功率调整至预设值并设定电子束的扫描图案。

需要说明的是，所述电子枪400功率预设值不宜过大，也不宜过小。如果所述电子枪400功率预设值过小，难以在后续电子束熔整工艺的过程中充分熔化所述铸锭100表面的材料，从而降低对所述铸锭100表面的熔整效果；如果所述电子枪400功率预设值过大，容易导致热能在所述铸锭100表面的渗透深度过深，从而导致过多的铸锭100材料发生熔化，甚至导致所述铸锭100发生穿通，反而降低所述铸锭100的质量。为此，本实施例中，所述电子枪400功率预设值为30KW至50KW。

本实施例中，所述电子枪400的扫描图案为长方形，所述扫描图案的尺寸包括长和宽。

需要说明的是，所述电子枪400的扫描图案的尺寸不宜过大，也不宜过小。如果所述扫描图案的尺寸过小，为了完成整根铸锭100的表面熔整工艺，所述扫描次数相应过多，从而会增加表面熔整工艺的时间，降低所述铸锭100的表面处理效率；如果所述扫描图案的尺寸过大时，所述电子枪400的电子束容易对所述铸锭100以外的区域进行扫描，从而对所述铸锭100以外的区域造成损伤。为此，本实施例中，所述扫描图案的长为300毫米至400毫米，宽为40毫米至50毫米。

接着执行步骤S5，使所述电子束投射至所述铸锭的第一区域Ⅰ，通过所述旋转机构300旋转所述铸锭100，使所述电子束对所述第一区域Ⅰ对应的旋转表面进行扫描以实现表面熔整。

所述电子束的高能量电子对所述铸锭100表面进行冲击后，所述电子束的动能转化为所述铸锭100表面的热能，从而沿所述铸锭100的轴线方向对所述铸锭100表层进行加热和熔化。

本实施例中，所述电子枪枪室为固定装置，需通过旋转所述铸锭100以实现对所述旋转表面的熔整。

本实施例中，对所述第一区域Ⅰ对应的旋转表面进行扫描的步骤包括：至少一次单次扫描操作，所述单次扫描操作中使所述电子束扫描所述旋转的铸锭100直至达到预设时间。

其中，所述单次扫描操作的步骤中，通过电子束扫描，所述铸锭100表面形成熔池，通过所述旋转机构300使所述铸锭100在电子束扫描过程中发生旋转，所述熔池随所述铸锭100的移动发生移动，未被所述电子束扫描的铸锭100表面发生凝固，被所述电子束扫描的铸锭100表面发生熔化，继续使所述铸锭100发生旋转。

本实施例中，所述预设时间为4分钟至6分钟，所述单次扫描操作的次数为2次至3次。通过对所述旋转的铸锭100重复进行所述单次扫描操作，并持续旋转所述铸锭100，直至环绕所述铸锭100的旋转表面完成表面熔整，实现对所述第一区域Ⅰ对应的旋转表面的熔整。

需要说明的是，在所述预设时间为定值的情况下，所述单次扫描操作的次数由所述铸锭100的直径而定。

需要说明的是，所述铸锭100的旋转线速度V(如图1所示)不宜过大，也不宜过小。如果所述铸锭100的旋转线速度V过大，容易导致所述铸锭100的某一旋转表面还未完成熔整，随着所述铸锭100的旋转，导致所述电子束对下一旋转表面进行熔整，从而导致所述铸锭100表面熔整的充分性和均一性较差，进而降低所述铸锭100的熔整效果；如果所述铸锭100的旋转线速度V过小，容易导致对所述铸锭100的某一旋转表面的扫描时间过长，从而导致热能对所述铸锭100的表层渗透深度过深，进而导致过多的铸锭100材料发生熔化，相应也会降低所述铸锭100的质量。为此，本实施例中，所述铸锭100的旋转线速度V为150毫米每分钟至200毫米每分钟。

本实施例中，所述电子束在所述铸锭100表面产生的热能对所述铸锭100表面具有渗透深度，也就是说，所述渗透深度内的铸锭100的材料发生熔化。

需要说明的是，所述渗透深度不宜过深，也不宜过浅。如果所述渗透深度过浅，容易导致所述铸锭100表面的熔整效果不佳，从而降低所述铸锭100的质量；如果所述渗透深度过深时，容易导致过多的铸锭100材料发生熔化，甚至导致所述铸锭100发生穿通，反而容易降低所述铸锭100的质量。为此，本实施例中，所述单次扫描操作的表层渗透深度为6毫米至12毫米。

最后执行步骤S6，使所述电子束投射至铸锭100的下一区域Ⅱ，重复上述旋转和扫描的步骤，通过所述旋转机构旋转所述铸锭100，使所述电子束对下一区域Ⅱ对应的旋转表面进行扫描，以实现表面熔整工艺，直至完成整根铸锭100的表面熔整工艺。

本实施例中，使所述电子束投射至所述铸锭100的下一区域Ⅱ的步骤包括：沿所述铸锭100的轴线方向移动所述铸锭100，使所述铸锭100的下一区域Ⅱ移动至所述电子束投射区域。

本实施例中，完成整根铸锭100的表面熔整工艺时，移动所述铸锭100的次数为一次。在其他实施例中，移动所述铸锭的次数还可以为二次、三次，甚至更多次。其中，所述铸锭100的移动次数由所述铸锭100的长度而定

需要说明的是，在其他实施例中，使所述电子束投射至所述铸锭的下一区域的步骤还可以包括：沿所述铸锭的轴线方向移动所述电子枪枪室，使所述电子束投射区域移动至所述铸锭的下一区域。

还需要说明的是，完成整根铸锭100的表面熔整工艺后，所述铸锭的表面处理方法还包括：将电子枪功率降低至零后关闭所述电子束炉400(如图1所示)，进行冷却直至达到预设冷却时间后，取出所述铸锭100。

需要说明的是，为了保证所述铸锭100可以充分冷却、表面可以完成凝固，且避免过长的冷却时间造成时间的浪费，本实施例中，将所述预设冷却时间设定3.5小时至4.5小时。

本发明采用表面熔整工艺，对所述铸锭100的表面进行加热和熔化，在熔整工艺结束后，所述铸锭100表面熔化的材料重新凝固，所述铸锭100表面缺陷减小或消除；且对所述铸锭100的损耗量也较少，可以使所述铸锭100的利用率提高8％至12％左右。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种铸锭的表面处理方法，其特征在于，包括：

提供铸锭；

采用表面熔整工艺，对所述铸锭的表面进行加热和熔化。

2.如权利要求1所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述表面熔整工艺为电子束熔整工艺、激光熔整工艺或等离子熔整工艺。

3.如权利要求2所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述电子束熔整工艺的步骤包括：

提供电子束炉，所述电子束炉内设置有旋转机构、电子枪枪室和电子枪；

将所述铸锭安装至所述旋转机构上；

使电子束炉和电子枪枪室达到预设真空度值后，启动所述电子枪；

对所述电子枪发出的电子束进行引束工艺，使所述电子枪功率调整至预设值并设定电子束的扫描图案；

使所述电子束投射至所述铸锭的第一区域，通过所述旋转机构旋转所述铸锭，使所述电子束对所述第一区域对应的旋转表面进行扫描以实现表面熔整；

使所述电子束投射至铸锭的下一区域，重复上述旋转和扫描的步骤，通过所述旋转机构旋转所述铸锭，使所述电子束对下一区域对应的旋转表面进行扫描，以实现表面熔整，直至完成整根铸锭的表面熔整工艺。

4.如权利要求3所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述电子束炉的预设真空度值小于5E-2Pa，所述电子枪枪室的预设真空度值小于5E-3Pa。

5.如权利要求3所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述电子枪功率预设值为30KW至50KW。

6.如权利要求3所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述扫描图案为长方形，包括长和宽，长的尺寸为300毫米至400毫米，宽的尺寸为40毫米至50毫米。

7.如权利要求3所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，对每一区域对应的旋转表面进行扫描的步骤包括：至少一次单次扫描操作，所述单次扫描操作中使所述电子束扫描所述旋转的铸锭直至达到预设时间。

8.如权利要求7所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述单次扫描操作的表层渗透深度为6毫米至12毫米。

9.如权利要求7所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述铸锭的旋转线速度为150毫米每分钟至200毫米每分钟。

10.如权利要求7所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述预设时间为4分钟至6分钟。

11.如权利要求7所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述单次扫描操作的次数为2次至3次。

12.如权利要求3所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，使电子束投射至铸锭的下一区域的步骤包括：沿所述铸锭的轴线方向移动所述铸锭，使所述铸锭的下一区域移动至所述电子束投射区域；

或者，沿所述铸锭的轴线方向移动所述电子枪枪室，使所述电子束投射区域移动至所述铸锭的下一区域。

13.如权利要求3所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述铸锭为圆柱形铸锭，所述旋转机构为辊轮。

14.如权利要求3所述的铸锭的表面处理方法，其特征在于，所述旋转机构的材料为钛、锆或不锈钢。