CN107723515A - 一种高品质铝钒系钛合金eb炉+var炉联合熔铸生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,按国标确定要生产铝钒系钛合金的牌号后,将国标规定成分范围内取平均值后作为基准值,然后将Al元素、V元素的基准值增加后作为混料的配比成分。混料,压块后用EB炉进行熔炼,熔炼完成后采用铣床进行铣面,分切成VAR炉所用的尺寸,并采用等离子焊箱焊接成VAR炉所用电极,然后采用VAR炉进行熔炼,熔炼完成后即可得到高品质铝钒系钛合金圆锭。采用该方法不但可去除铝钒系钛合金中的高密度夹杂和低密度夹杂,而且可克服成分分布不均的不足,还可细化晶粒。通过该种方法生产出来的铸锭,可广泛应用于精密制造行业,使得终成品的成材率大为提高。
Description
技术领域
本发明涉及了一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,属于工程技术领域。
背景技术
我国钛工业经过十多年的高速发展,产能严重过剩,钛材的低端产品市场供大于求,高端产品产能不足的行业特征,特别是航空、航天、海洋、医疗等高端应用领域所需高品质铝钒系钛合金仍然主要依赖进口。针对这一现状及面对激烈的竞争市场,中国钛产业必须寻找新的发展方向,着力发展高端产品,形成自己的核心竞争力。
传统的真空自耗电弧炉(以下简称VAR炉)生产铝钒系钛合金,工艺简单,但需要多次熔铸,成材率低、生产成本高,且存在高密度夹杂(HDI)和低密度夹杂(LDI)难以去除的工艺难题,给后续材料的使用留下严重安全隐患。电子束冷床熔炼炉(EBCHM,以下简称EB炉),具有精炼提纯的功能,可有效去除钛合金中含有的HDI和LDI,获得更洁净的产品,但工艺复杂,稳定控制成分的技术难度大。通过对现有技术文献的检索,关于EB炉+VAR炉联合熔铸生产工艺,尚未发现相关报导。
发明内容
针对国内生产出的铝钒系钛合金容易存在HDI、LDI和产品成分性能不稳定的不足,本发明提供一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,采用该工艺生产铝钒系钛合金的成分偏析得以有效控制,HDI和LDI得以很好的消除。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,经过下列各步骤:
(1)根据市场的需求牌号信息,并依据铝钒系钛合金的国标确定牌号成分的范围取平均值;
(2)将步骤(1)所取平均值作为基准值,并在Al元素的基准值上加2.5~3%,V元素在基准值上加0.1~0.2%;
(3)按添加好的元素含量作为混料的配比成分,并选用合适的粒度的原料进行混料;
(4)混料完成后,将物料送至压块机进行压块,压块完成后对物料进行烘干;
(5)烘干后,将物料装进EB炉中进行熔炼,熔炼完成铸锭毛坯,后待毛坯自然冷却后,将毛坯进行铣面,铣面的深度为8~10mm,铣面完成后并将浇铸侧与浇铸相对侧进行标记;
(6)铣面完成后,用锯床对经铣面的坯子进行切割,切割的宽高比≦2;
(7)用等离子焊箱对切割完成后小坯子,进行对焊成VAR炉用的电极;
(8)用VAR炉采用长弧慢熔炼工艺进行熔炼,即可获得高品质铝钒系钛合金锭。
所述步骤(3)中原料粒度选择规则为Ti:(Al-V合金):Al=(8~12):(6~10):(16~20)混料使用立式双梭形混料机,混料时间为3~5min,旋转速度为60~80r/min;
所述步骤(4)中压块采用25~30MPa的压力,压块的规格为Φ(80~100)×(40~60)mm;
所述步骤(5)中EB炉熔炼工艺为1#熔炼电子枪功率为400~480kW,2#一次精炼枪功率为380~420kW,3#二次精炼枪功率为360~380kW,4#结晶补偿枪功率为320~340kW,块料熔化速度为600~750kg/h;
所述步骤(7)中对焊为分切下来的浇铸侧与浇铸相对侧进行相对焊接,然后再两两焊接;
所述步骤(8)中VAR炉采用长弧慢熔炼工艺为电弧长度控制为200~250mm,熔炼电流为4000~5000A,电压25~35V,熔炼速度为1.5~2.5kg/min。
本发明通过特定的原料配方及建立“EB炉+VAR炉”联合熔炼工艺使得两种炉型熔炼钛合金的工艺优点得以充分的利用。不但能有效去除钛合金中含有的HDI和LDI,而且能稳定控制钛合金的成分波动,还可实现同一端面的窄成分范围的洁净钛合金的生产,使铝钒系钛合金的品质得以进一步的提升。
本发明具有以下优点:
1、操作简单;
2、铸锭的成分均匀可控;
3、铸锭内无HDI和LDI等铸造缺陷;
4、铸锭同一端面成分偏差可控制在5%以内。
综上所述,本发明一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产工艺,操作方便、能实现铝钒元素的控制,采用该方法不但可去除铝钒系钛合金中的高密度夹杂和低密度夹杂,而且可克服成分分布不均的不足,还可细化晶粒。并能大幅度提升铝钒系钛合金的铸锭中铝钒元素的稳定性,实现传统铝钒系钛合金产品的品质得以进一步的提高,使产品获得良好的市场竞争能力。通过该种方法生产出来的铸锭,可广泛应用于精密制造行业,使得终成品的成材率大为提高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
以牌号为TC4(Ti-6Al-4V)的钛合金铸坯为例:
选用粒度为5mm海绵钛,粒度为4mmAl-V合金,粒度为8mm的Al元素。按名义成分为Ti-8.6Al-4.2V,进行配比,并按配比进行称量后送至立式双梭形混料机进行混料,混料时间为4min,旋转速度为60r/min,混料完成后,送至压块机进行压块,压块规格为Φ80×40mm,压块使用的压力为25MPa,压块完成后送至烘干炉进行烘干。烘干完成后送至EB炉内进行熔炼,1#熔炼电子枪功率为450kW,2#一次精炼枪功率为420kW,3#二次精炼枪功率为380kW,4#结晶补偿枪功率为320kW,块料熔化速度为600kg/h,熔炼完成后待其自然冷却,并在补缩端面上进行浇铸侧及浇铸相对侧进行标记,待其完全冷却后采用铣床进行铣面,铣面深度为9mm,铣面完成后用锯床对其进行分切,分切成小方坯,并根据小方坯的浇铸侧及浇铸相对侧进行相对焊接,然后再两两焊接,合计4个小方坯焊接成VAR炉的电极,在VAR炉中控制熔化端面与液面距离为200mm,长弧长度控制为245mm,熔炼电流为4500A,电压为30V,熔炼速度为2.1kg/min,熔炼完成后,让其自然冷却后即获得Al成分控制在5.8±0.2、V成分控制在4.0±0.1的高品质TC4铸锭。
实施例2
以牌号为TC3(Ti-5Al-4V)的钛合金铸坯为例:
选用粒度为5mm海绵钛,粒度为4mmAl-V合金,粒度为8mm的Al元素。按名义成分为Ti-7.8Al-4.2V,进行配比,并按配比进行称量后送至立式双梭形混料机进行混料,混料时间为5min,旋转速度为80r/min,混料完成后,送至压块机进行压块,压块规格为Φ100×50mm,压块使用的压力为30MPa,压块完成后送至烘干炉进行烘干。烘干完成后送至EB炉内进行熔炼,1#熔炼电子枪功率为480kW,2#一次精炼枪功率为420kW,3#二次精炼枪功率为380kW,4#结晶补偿枪功率为340kW,块料熔化速度为650kg/h,熔炼完成后待其自然冷却,并在补缩端面上进行浇铸侧及浇铸相对侧进行标记,待其完全冷却后采用铣床进行铣面,铣面深度为7mm,铣面完成后用锯床对其进行分切,分切成小方坯,并根据小方坯的浇铸侧及浇铸相对侧进行相对焊接,然后再两两焊接,合计4个小方坯焊接成VAR炉的电极,在VAR炉中控制熔化端面与液面距离为220mm,长弧长度控制为250mm,熔炼电流为4200A,电压为30V,熔炼速度为2.4kg/min,熔炼完成后,让其自然冷却后即获得Al成分控制在5.0±0.2、V成分控制在4.0±0.1的高品质TC3铸锭。
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)
1.一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,其特征在于经过下列各步骤:
(1)根据市场的需求牌号信息,并依据铝钒系钛合金的国标确定牌号成分的范围取平均值;
(2)将步骤(1)所取平均值作为基准值,并在Al元素的基准值上加2.5~3%,V元素在基准值上加0.1~0.2%;
(3)按添加好的元素含量作为混料的配比成分,并选用合适的粒度的原料进行混料;
(4)混料完成后,将物料进行压块,压块完成后对物料进行烘干;
(5)烘干后,将物料装进EB炉中进行熔炼,熔炼完成铸锭毛坯,后待毛坯自然冷却后,将毛坯进行铣面,铣面的深度为8~10mm,铣面完成后并将浇铸侧与浇铸相对侧进行标记;
(6)铣面完成后,用锯床对经铣面的坯子进行切割,切割的宽高比≦2;
(7)用等离子焊箱对切割完成后小坯子,进行对焊成VAR炉用的电极;
(8)用VAR炉采用长弧慢熔炼工艺进行熔炼,即可获得高品质铝钒系钛合金锭。
2.根据权利要求1所述的高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,其特征在于:所述步骤(3)中原料粒度选择规则为Ti:(Al-V合金):Al=(8~12):(6~10):(16~20)混料使用立式双梭形混料机,混料时间为3~5min,旋转速度为60~80r/min。
3.根据权利要求1所述的高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,其特征在于:所述步骤(4)中压块采用25~30MPa的压力,压块的规格为Φ(80~100)×(40~60)mm。
4.根据权利要求1所述的高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,其特征在于:所述步骤(5)中EB炉熔炼工艺为1#熔炼电子枪功率为400~480kW,2#一次精炼枪功率为380~420kW,3#二次精炼枪功率为360~380kW,4#结晶补偿枪功率为320~340kW,块料熔化速度为600~750kg/h。
5.根据权利要求1所述的高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,其特征在于:所述步骤(7)中对焊为分切下来的浇铸侧与浇铸相对侧进行相对焊接,然后再两两焊接。
6.根据权利要求1所述的高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法,其特征在于:所述步骤(8)中VAR炉采用长弧慢熔炼工艺为电弧长度控制为200~250mm,熔炼电流为4000~5000A,电压25~35V,熔炼速度为1.5~2.5kg/min。
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