CN109777978A - 一种基于区域熔炼的钛合金置氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区域熔炼的钛合金置氢方法，将钛合金材料夹装在区域熔炼炉中，且钛合金材料穿过区域熔炼炉中的感应线圈，关闭炉盖；抽真空至真空度低于10‑2Pa后，通入氢气，氢气压力为0.1~1MPa；打开电源为感应线圈供电，使钛合金材料在感应线圈内熔化；启动牵引装置带动钛合金材料竖直向上移动，实现钛合金在区域熔炼炉内的连续置氢；本发明克服了固态置氢薄壁件，效率低，而液态置氢不能连续化生产的缺点；本发明的工艺简单，适于工业化生产和市场推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于区域熔炼的钛合金置氢方法，属于材料制备领域。
背景技术
绝大多数钛合金变形需要在高温下进行，但钛合金的热变形温度高，变形抗力大，是钛合金塑性变形领域面临的问题。钛合金渗氢可以显著降低塑性变形温度和流变应力，使钛合金容易在较低温度下实现轧制、热锻等塑性变形，而且塑性变形后的真空除氢能够进一步细化显微组织，提高钛合金性能。
目前的钛合金的置氢方式主要是固态置氢和液态置氢。固态置氢技术仅适用于小体积薄壁工件，而且由于氢在固态合金中的扩散速率相较低，置氢过程需要较长的时间，效率低下；而液态置氢技术，主要采用氢气氛下的电弧重熔，很难实现连续化的工业化生产。
发明内容
为解决固态置氢只适用于薄壁构件，置氢效率低，而液态置氢的熔炼量少，不能够连续生产的缺点；本发明提供了一种能够实现连续化生产的基于区域熔炼的钛合金置氢方法，具体步骤如下：
（1）将市售的钛合金材料夹装在区域熔炼炉中，且钛合金材料穿过区域熔炼炉中的感应线圈，关闭炉盖；
（2）开启真空泵，抽真空至真空度低于10-2Pa后，充入氢气，氢气压力为0. 1~1MPa；
（3）打开电源为感应线圈供电，通过调节功率使钛合金材料在感应线圈内熔化，熔区宽度为10~20mm；
（4）启动牵引装置带动钛合金材料竖直向上移动，速度为10~100mm/min，保证感应线圈内的试样一直保持熔化状态，氢气在高压作用下会进入到金属熔区中，实现钛合金在区域熔炼炉内的连续置氢。
本发明的有益效果为：
本方法工艺简单，可以实现置氢过程连续化；感应线圈的磁力搅拌作用，会促使氢在熔区内均匀扩散，从而获得氢含量分布均匀的钛合金棒材；通过改变区熔速度和氢气压力可以精确的控制试样中氢含量。
附图说明
图1是区域熔炼炉结构示意图；
图中：1-炉体；2-样品架Ⅰ；3-钛合金棒；4-熔区；5-电源；6-样品架Ⅱ；7-感应线圈；8-进气口；9-牵引装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：如图1所示，本实施例以Ti-6Al-4V合金（成分见表）为置氢对象，具体包括如下步骤：
（1）将市场购买到的、直径为30mm的Ti-6Al-4V棒状材料夹装在区域熔炼炉炉体1中的样品架Ⅰ2和样品架Ⅱ6上，且钛合金棒3穿过感应线圈7，关闭炉盖；
（2）开启真空泵，对炉体内抽真空至真空度低于10-2Pa，从进气口8往炉内充入氢气，氢气压力为0.3MPa；
（3）打开电源5为感应线圈供电，使钛合金棒在感应线圈7内熔化（熔点温度1660℃，加热温度1660℃），熔区4的宽度为10mm；
（4）启动牵引装置9带动钛合金棒3竖直向上移动，移动速度50mm/min，使钛合金棒逐渐通过感应线圈，并保证感应线圈内的钛合金棒一直保持熔化状态，氢气在高压作用下会进入到金属液中；实现钛合金连续置氢，得到的钛合金棒氢含量为0.235%。
实施例2：本实施例以Ti-6Al-4V合金（成分见表）为置氢对象，具体包括如下步骤：
（1）将市场购买到的直径20mm的Ti-6Al-4V棒状材料夹装在区域熔炼炉中的样品架Ⅰ和样品架Ⅱ上，且钛合金棒穿过感应线圈，关闭炉盖；
（2）开启真空泵，抽真空至真空度低于10-2Pa，往炉内充入氢气，氢气压力为0.5MPa；
（3）打开电源为感应线圈供电，使钛合金棒在感应线圈内熔化（熔点温度1660℃，加热温度1670℃），熔区的宽度为15mm；
（4）启动牵引装置带动钛合金棒竖直向上移动，移动速度20mm/min，使钛合金棒逐渐通过感应线圈，并保证感应线圈内的钛合金棒一直保持熔化状态，氢气在高压作用下会进入到金属液中，实现钛合金连续置氢，得到的钛合金棒氢含量为0. 305%。
实施例3：本实施例以Ti-6Al-4V合金（成分见表）为处理对象，具体包括如下步骤：
（1）将市场购买到的直径10mm的Ti-6Al-4V棒状材料夹装在区域熔炼炉中的样品架Ⅰ和样品架Ⅱ上，且钛合金棒穿过感应线圈，关闭炉盖；
（2）开启真空泵，抽真空真空度低于10-2Pa，往炉内充入氢气，氢气压力为0.8MPa；
（3）打开电源为感应线圈供电，使钛合金棒在感应线圈内熔化（熔点温度1660℃，加热温度1680℃），熔区的宽度为20mm；
（4）启动牵引装置带动钛合金棒竖直向上移动，移动速度10mm/min，使钛合金棒逐渐通过感应线圈，并保证感应线圈内的钛合金棒一直保持熔化状态，氢气在高压作用下会进入到金属液中，实现钛合金连续置氢，得到的钛合金棒氢含量为0.455%。
实施例4：本实施例以T21合金（成分见表）为处理对象，具体包括如下步骤：
（1）将市场购买到的直径15mm的TC棒状材料夹装在区域熔炼炉中的样品架Ⅰ和样品架Ⅱ上，且钛合金棒穿过感应线圈，关闭炉盖；
（2）开启真空泵，抽真空真空度低于10-2Pa，往炉内充入氢气，氢气压力为0.9MPa；
（3）打开电源为感应线圈供电，使钛合金棒在感应线圈内熔化（温度1730℃，加热温度1735℃），熔区的宽度为12mm；
（4）启动牵引装置带动钛合金棒竖直向上移动，移动速度为70mm/min，使钛合金棒逐渐通过感应线圈，并保证感应线圈内的钛合金棒一直保持熔化状态，氢气在高压作用下会进入到金属液中，实现钛合金连续置氢，得到的钛合金棒氢含量为0.172%。
实施例5：本实施例以TC21合金（成分见表）为处理对象，具体包括如下步骤：
（1）将市场购买到的直径:25mm的TC21棒状材料夹装在区域熔炼炉中的样品架Ⅰ和样品架Ⅱ上，且钛合金棒穿过感应线圈，关闭炉盖；
（2）开启真空泵，抽真空真空度低于10-2Pa，往炉内充入氢气，氢气压力为0.2MPa；
（3）打开电源为感应线圈供电，使钛合金棒在感应线圈内熔化（（温度1730℃，加热温度1745℃），熔区的宽度为16mm；
（4）启动牵引装置带动钛合金棒竖直向上移动，移动速度100mm/min，使钛合金棒逐渐通过感应线圈，并保证感应线圈内的钛合金棒一直保持熔化状态，氢气在高压作用下会进入到金属液中，实现钛合金连续置氢，得到的钛合金棒氢含量为0.109%。
Claims (2)
1.一种基于区域熔炼的钛合金置氢方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将钛合金材料夹装在区域熔炼炉中，且钛合金材料穿过区域熔炼炉中的感应线圈，关闭炉盖；
（2）抽真空至真空度低于10-2Pa后，充入氢气，氢气压力为0.1~1.0MPa；
（3）打开电源为感应线圈供电，使钛合金材料在感应线圈内熔化；
（4）启动牵引装置带动钛合金材料竖直向上移动，速度为10~100mm/min，实现钛合金在区域熔炼炉内的连续置氢。
2.根据权利要求1所述的基于区域熔炼的钛合金置氢方法，其特征在于：钛合金材料为直径8~30mm的棒状。
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