CN108103329A - 一种tc26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,以海绵钛、海绵锆、Nb条为原料,按照TC26钛合金的名义成分进行配料、称料,采用肩凸型压料模具,取1/2混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制,得到带有凹槽的1/2电极块,继续压制另外的带有凹槽的1/2电极块,将Nb条分别焊接到带有凹槽的1/2电极块的凹槽中,将两个1/2电极块拼焊为自耗电极块,炼制多个自耗电极块,焊接为一个TC26钛合金熔炼用自耗电极;本发明用高纯Nb条做原料,相比选用不同规格Nb棒做原料,操作简单,降低了生产成本,同时做到Nb条与海绵钛、海绵锆混合料的良好焊接,有利于实现均匀性良好的钛合金铸锭。
Description
【技术领域】
本发明属于钛材加工技术领域,具体涉及一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法。
【背景技术】
TC26(Ti-13Nb-13Zr)是一种新型的医用钛合金,属于Ti-Nb-Zr系,均选用无毒害的生物金属元素,具有良好的应用前景。
钛合金的熔炼方法通常采用真空自耗重熔法,自耗电极的制备方法是决定铸锭品质的关键因素。TC26熔炼的原材料包括海绵钛、海绵锆,铌的加入则有不同的选择。一般有两种方法:直接用铌条或铌棒,或者采用中间合金NbTi合金的车屑。合金中Nb%较高的情况下,如选用中间合金车屑,需要车屑的体积会很大,压制电极时可能会出现压不实,松散的现象。同时,车屑加工中可能混入异物,包括其它金属或杂质,也是钛合金熔炼要尽量避免的。因此,对于含有13%Nb元素的TC26合金,原材料应选择高纯Nb单质的方式加入。
生产实际中,常规供应的Nb条为两种规格(可定制其它规格):13×13×300mm,单重约0.5Kg;17×17×450mm,单重约1.0Kg。Nb的密度为8.57×103Kg/m3,远大于Ti的密度。自耗熔炼时,两者若结合不良,Nb条极有可能滑脱先掉入熔池中。Nb%较高的情况下,需要加入多支Nb条,简单的添加压制或焊接,都有可能使Nb条与合金混合料的结合强度不够,在熔炼过程中发生掉块,造成成分偏析的不良后果。因此,现有技术制备Nb含量较高的钛合金时不赞成直接用Nb条,常采用不同规格的Nb棒。但Nb棒属于加工材,是由Nb条经过重熔、热加工、机加等工艺过程得到的,其成本将大大增加。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,采用高纯Nb条的添加方式,降低生产成本,有利于铸锭均匀性的提高。
本发明采用以下技术方案:一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,具体包括以下步骤:
步骤1、以0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆、Nb条为原料,按照TC26钛合金的名义成分进行配料、称料;
步骤2、采用肩凸型压料模具,取1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制,得到带有凹槽的1/2电极块;
步骤3、采用肩凸型压料模具,取剩余的1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制,得到另外的带有凹槽的1/2电极块;
步骤4、将步骤1中准备好的Nb条分别焊接到带有凹槽的1/2电极块的凹槽中,将两个带有Nb条的1/2电极块拼焊为自耗电极块;
步骤5、重复执行步骤1-步骤4,获得多个自耗电极块,将多个自耗电极块焊接为一个TC26钛合金熔炼用自耗电极。
进一步地,肩凸型压料模具包括与冲压头形状吻合的模具块,模具块与配料的接触面间隔设置有两个条形突起部。
进一步地,每个突起部的高和宽均为20mm。
进一步地,0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆的颗粒大小为Φ3-12.7mm;Nb条尺寸大小为16×16×300mm,且其不直度≤1mm/m。
进一步地,压制过程均采用2000T液压机。
本发明的有益效果是:本发明通过一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,采用条状高纯Nb做原料,相比选用不同规格棒状Nb棒做原料,并在电极块的表面设有凹槽,通过将条状Nb嵌到凹槽中,不易掉出,连接强度增加,操作简单,降低了生产成本,同时做到Nb条与海绵钛、海绵锆混合料的良好焊接,有利于实现均匀性良好的钛合金铸锭。
【附图说明】
图1为本发明中肩凸型压料模具的结构示意图;
图2为本发明拼焊后的自耗电极块横截面示意图。
其中:1.Nb条;2.混合料;3.肩凸型压料模具。
【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。
本发明公开了一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,选用高纯Nb条做原料,设计一种肩凸型压料模具,将Nb条与带凹槽的海绵钛、海绵锆混合料电极块组合,拼焊成单个自耗电极块,再将多个自耗电极块组焊成熔炼用自耗电极,有助于降低生产成本,提高铸锭均匀性的效果。
TC26钛合金熔炼用自耗电极块一般为Φ160×300mm,单重20Kg。
本发明具体包括以下步骤:
步骤1、以0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆、牌号为TNb1的Nb条为原料,按照TC26钛合金的名义成分进行配料、称料。0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆的颗粒大小为Φ3-Φ12.7mm;牌号为TNb1的Nb条尺寸大小为16×16×300mm,单重约0.65Kg,4支Nb条的总重约2.6Kg,符合TC26钛合金的配比和电极块的重量要求,且为组装方便,Nb条的平整度要好,不直度≤1mm/m。
步骤2、采用肩凸型压料模具,取1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制,得到带有凹槽的1/2电极块。压制过程均采用2000T液压机。
如图1所示,肩凸型压料模具用于安装在冲压头上,其包括与冲压头形状吻合的模具块,模具块与配料的接触面间隔设置有两个条形突起部,每个突起部的长度与模具长度一样,且高H和宽B均为20mm。
步骤3、采用同一肩凸型压料模具,取剩余的1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制,得到另外的带有凹槽的1/2电极块。压料模具的设计与应用,有利于Nb条与海绵钛、海绵锆混合料的紧密组装,良好焊接。两块1/2电极块也属于平面接触,确保足够的焊接强度。
步骤4、将步骤1中准备好的Nb条分别焊接到带有凹槽的1/2电极块的凹槽中,将两个带有Nb条的1/2电极块拼焊为自耗电极块;
步骤5、如图2所示,重复执行步骤1-步骤4,获得多个自耗电极块,将多个自耗电极块焊接为一个TC26钛合金熔炼用自耗电极。可根据实际情况,组焊多个自耗电极,通过自耗电极便可进行后续的真空自耗熔炼。
实施例:TC26(Ti-13Nb-13Zr)合金的Φ380-600Kg自耗熔炼用电极块的制备方法,原材料选用0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆、牌号为TNb1的Nb条,名义配比按照Ti-13.2%Nb-13.0%Zr(wt%)。采用肩凸型压料模具,先取1/2按合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆进行压制,得到带有凹槽的1/2电极块。重复操作得到另外1/2电极块。将4支Nb条放入4个凹槽中,焊接到一起。最后拼焊成Φ160-20Kg的TC26钛合金单个自耗电极块。共制备30个电极块,组焊为4个自耗电极。后续经过真空自耗熔炼3次,获得Φ380-600Kg铸锭。经测定,铸锭成分均匀,后续产品未发现组织、成分偏析等现象。
Claims (5)
1.一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤1、以0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆、Nb条为原料,按照TC26钛合金的名义成分进行配料、称料;
步骤2、采用肩凸型压料模具,取1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制,得到带有凹槽的1/2电极块;
步骤3、采用所述肩凸型压料模具,取剩余的1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制,得到另外的带有凹槽的1/2电极块;
步骤4、将步骤1中准备好的Nb条分别焊接到带有凹槽的1/2电极块的凹槽中,将两个带有Nb条的1/2电极块拼焊为自耗电极块;
步骤5、重复执行步骤1-步骤4,获得多个所述自耗电极块,将多个所述自耗电极块焊接为一个TC26钛合金熔炼用自耗电极。
2.如权利要求1所述的一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,其特征在于,所述肩凸型压料模具包括与冲压头形状吻合的模具块,所述模具块与配料的接触面间隔设置有两个条形突起部。
3.如权利要求2所述的一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,其特征在于,每个所述突起部的高和宽均为20mm。
4.如权利要求1或2所述的一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,其特征在于,所述0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆的颗粒大小为Φ3-12.7mm;所述Nb条尺寸大小为16×16×300mm,且其不直度≤1mm/m。
5.如权利要求1或2所述的一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法,其特征在于,所述压制过程均采用2000T液压机。
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