CN108070739A - Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法 - Google Patents

Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ti‑6Al‑7Nb合金铸锭的制备方法，将0级海绵钛、铝豆，Nb块压制成电极块，并组成自耗电极；进行第一次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10‑3Pa，熔炼电流为10‑11KA，电压为22‑25V；进行第二次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10‑3Pa，熔炼电流为14‑16KA，电压为19‑22V；进行第三次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10‑3Pa，熔炼电流为35KA，电压为30V；熔炼后得到Ti‑6Al‑7Nb合金铸锭；本发明通过改变真空自耗熔炼中电流及电压的方法提高了铸锭的等级及质量，获得成分均匀、洁净的大型Ti‑6Al‑7Nb铸锭，提高了材料的成材率及批次稳定性，且实现了1000Kg以上的大型Ti‑6Al‑7Nb铸锭。

Description

Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法
【技术领域】
本发明属于钛合金熔炼技术领域，尤其涉及一种Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法。
【背景技术】
钛合金是20世纪五六十年代兴起的一种具有高比强度和良好的耐腐蚀性，耐高温，低密度，无磁性等特性的新型金属材料，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，在经济及国防，科研等方面起到不可替代的作用。
Ti-6Al-7Nb钛合金材料属于(α+β)型合金.该型钛合金为双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好的进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度比退火状态提高 50％～100％；高温强度可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性仅次于α钛合金。Ti-6Al-7Nb合金以Nb替代传统(α+β)型合金的V,较Ti 6Al-4V具有更好的生物相容性，且表层形成比V2O5更佳稳定的Nb2O5氧化层，因此多应用于医疗领域。Ti-6Al-7Nb钛合金包括合抗拉强度、屈服强度和断后伸长率等参数，熔炼电流及电压是影响合金的质量的重要因素。对于Ti-6Al-7Nb合金，一般须通过三次熔炼得到成品锭。熔炼中电流及电压发生变化时，成品锭中的晶粒度及纯度相应的发生变化，故找到合适的电流及电压配比时，产品的成分更加均匀，纯度更好；相反在熔炼过程若未选用合适的电流及电压，则极可能造成产品的金相与成分、性能不符合要求。可见合金的金相及性能、成分控制在准确范围内，熔炼过程中的电流及电压制备的选择是第一大难点。
目前Ti-6Al-7Nb合金熔炼工艺主要有：真空自耗炉及电子束炉熔炼法等。其中，工业生产常采用真空自耗炉熔炼法，具有工艺简便，能耗少，成本低和合金成份均匀等特点。虽然真空自耗炉熔炼Ti-6Al-7Nb合金可以得到组织均匀，成分配比合适的铸锭。但是由于实际熔炼过程中电流及电压的选择，一般制备 Ti-6Al-7Nb合金铸锭，不可避免地产生气孔、杂质、冒口等缺陷。相对地，真空自耗熔炼中选择合适的电流及电压可以极大降低杂质含量、冒口面积，以实现提高铸锭纯度及质量。
在真空自耗电极熔炼过程中，须采用合适的电流及电压对电极块进行熔炼。若采用的电流及电压较高，则会造成电极块融化速度过快，造成真空泵工作时间较短，使铸锭中的杂质不能通过真空泵被排出，造成铸锭杂质过多，质量下降。若熔炼过程采用的电流电压过低，则会造成电极块融化不彻底或难以融化，使铸锭成分不均匀，铸锭品质降低。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法，以解决现有合金铸锭中产生气孔、杂质、冒口等缺陷的问题。
本发明采用以下技术方案：一种Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法，通过三次熔炼实现，具体过程为：
步骤1、将0级海绵钛、铝豆，Nb块，按照配比，压制成电极块，并将多个电极块进行焊接，组成自耗电极；
步骤2、通过真空自耗炉将自耗电极进行第一次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为10-11KA，电压为22-25V；
步骤3、通过真空自耗炉将自耗电极进行第二次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为14-16KA，电压为19-22V；
步骤4、通过真空自耗炉将自耗电极进行第三次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为35KA，电压为30V；熔炼后得到Ti-6Al-7Nb合金铸锭。
进一步地，真空自耗熔炼炉为2T真空自耗熔炼炉。
进一步地，步骤4中得到的Ti-6Al-7Nb合金铸锭为Ф460～1000Kg铸锭。
本发明的有益效果是：本发明在真空自耗熔炼得到普通Ti-6Al-7Nb铸锭的基础上，改变真空自耗熔炼中电流及电压的方法，改进了Ti-6Al-7Nb大型铸锭制备的技术，提高了铸锭的等级及质量，获得成分均匀、洁净的大型Ti-6Al-7Nb铸锭，提高了材料的成材率及批次稳定性，且实现了1000Kg以上的大型Ti-6Al-7Nb铸锭。
【具体实施方式】
下面对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法，通过三次熔炼实现，在熔炼过程中，适当降低熔炼电压，增加熔炼电流，使自耗电极在真空炉内充分熔炼，使杂质更好的排出，形成更好的Ti-6Al-7Nb合金一次铸锭。同理，二次及三次熔炼，也采相同方法进行操作。为得到性能良好的铸锭，在熔炼时必须保证真空度满足要求。在熔炼过程中，使三级泵密切配合达到良好的真空条件。这样可以使铸锭质量进一步提高，并可以减少切去的冒口，减小损失。
本发明的具体过程为：
步骤1、将0级海绵钛、铝豆，Nb块，按照配比，压制成电极块，并将多个电极块进行焊接，组成自耗电极。
步骤2、通过真空自耗熔炼炉将自耗电极进行第一次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10-3Pa，熔炼电流为10-11KA，电压为22-25V。
同时Ti-6Al-7Nb合金一次铸锭组焊时，采用Ti-6Al-7Nb合金作为焊接材料添加于相邻一次锭之间，实现了Ti-6Al-7Nb合金一次铸锭间的良好焊接；并且采用Ti-6Al-7Nb合金作为辅助电极，Ti-6Al-7Nb合金一侧连接熔炼炉的电极杆， Ti-6Al-7Nb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。
步骤3、通过真空自耗炉将自耗电极进行第二次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为14-16KA，电压为19-22V；
步骤4、通过真空自耗炉将自耗电极进行第三次熔炼，真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为35KA，电压为30V；熔炼后得到Ti-6Al-7Nb合金铸锭。即为Ti-6Al-7Nb合金铸锭为Ф460～1000Kg铸锭。
上述真空自耗熔炼炉均为2T真空自耗熔炼炉。
Ti-6Al-7Nb合金的熔炼过程中，真空度的高低同样决定着，铸锭品质的好坏。事实上，前期试验熔炼过程中真空度未到要求，造成铸锭的品质及纯度未能达到要求。经过多次的试验总结，本发明在铸锭的一次熔炼过程中，先开启机械泵进行抽真空，待炉内真空度达到一定范围时，开启小罗茨泵进行抽真空作业，待真空度达到要求后，开启大罗茨泵作业，真空度达到合适范围后开始熔炼。在二次熔炼过程中，同一次熔炼进行相同操作。三次熔炼时，依次开启机械泵、大小罗茨泵、增压泵。由此避免了熔炼时真空度不足，确保了熔炼的稳定进行。
本方法可以实现提高Ti-6Al-7Nb合金铸锭的品质等级及成品率，使合金成分均匀，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Ti-6Al-7Nb合金的要求。
实施例：
Ti-6Al-7Nb合金的Φ310-600Kg铸锭熔炼方法：先将原材料0级海绵钛、铝豆，Nb块，按照配比，压制成电极块，将5个电极块进行焊接，组成自耗电极，在2T的真空自耗炉中熔炼成Φ310-600Kg的一次Ti-6Al-7Nb铸锭。在一次熔炼过程中，保持真空度为10-3Pa,且使熔炼过程中电流保持在10～11KA,电压保持在 22～25V范围内。真空自耗炉熔炼选用Φ3100mm铜坩埚，获得Φ310-600Kg铸锭。
先将两个一次Ti-6Al-7Nb铸锭在炉内进行焊接，以Ti-6Al-7Nb合金料头作为焊接材料置于两铸锭的结合部，后保持5KA的焊接电流及38V的焊接电压进行焊接。焊接完成后开始二次熔炼，熔炼电压保持在14～16KA,熔炼电压保持在 19～22V范围内。真空自耗炉熔炼选用Φ380mm铜坩埚，获得Φ380-1100Kg铸锭。
先将二次熔炼的Ti-6Al-7Nb合金铸锭放入Φ460的坩埚，开始进行抽真空作业，依次打开机械泵，机械泵阀，大阀。当真空度低于1000Pa时，打开大罗茨泵，小于500P时，打开小罗茨泵，待真空度达到要求时开始熔炼。在熔炼过程中，依次增加电流至35KA，依次增加电压至30V,当合金铸锭重量剩余200Kg左右时，开始进行补缩。补缩完毕后，开始冷却，过一段时间后取出成品铸锭。真空自耗炉熔炼选用Φ460mm铜坩埚，获得Φ460-1000Kg铸锭。

Claims (3)

1.一种Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法，其特征在于，通过三次熔炼实现，具体过程为：
步骤1、将0级海绵钛、铝豆，Nb块，按照配比，压制成电极块，并将多个电极块进行焊接，组成自耗电极；
步骤2、通过真空自耗炉将自耗电极进行第一次熔炼，所述真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为10-11KA，电压为22-25V；
步骤3、通过真空自耗炉将自耗电极进行第二次熔炼，所述真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为14-16KA，电压为19-22V；
步骤4、通过真空自耗炉将自耗电极进行第三次熔炼，所述真空自耗炉内真空度≤10- 3Pa，熔炼电流为35KA，电压为30V；熔炼后得到Ti-6Al-7Nb合金铸锭。
2.如权利要求1所述的一种Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述真空自耗熔炼炉为2T真空自耗熔炼炉。
3.如权利要求1或2所述的一种Ti-6Al-7Nb合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤4中得到的Ti-6Al-7Nb合金铸锭为Ф460～1000Kg铸锭。
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