CN111057887B

CN111057887B - 一种航空液压管用高均匀ta18钛合金铸锭的制备方法

Info

Publication number: CN111057887B
Application number: CN201911128048.XA
Authority: CN
Inventors: 付杰; 吴明; 王凯旋; 张慧杰; 侯峰起; 罗文忠; 杨辉; 张维; 刘向宏; 张新全
Original assignee: Western Superconducting Technologies Co Ltd
Current assignee: Western Superconducting Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN111057887A

Abstract

本发明属于有色金属加工领域，涉及一种航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，该方法为：精选海绵钛、铝钒中间合金、铝豆，按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料、混料；随后进行电极块压制，并将压好的电极块组拼后进行真空等离子焊接；最后进行三次真空电弧熔炼得到TA18钛合金铸锭，配料过程中要严格控制原材料中主元素和杂质元素Fe、O、C的出入厂检测偏差和含量。采用该方法制得的铸锭，Al、V元素偏差小于0.1wt％，杂质元素Fe、O、C含量偏差小于100ppm，有效解决了Al、V元素成分均匀控制，Fe、O、C元素精确控制等问题，满足航空液压用TA18管材对力学性能稳定性的更高需求。

Description

一种航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法

技术领域

本发明属于有色金属加工领域，涉及TA18钛合金铸锭的制备，尤其是一种航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法。

背景技术

TA18钛合金名义成分为：Ti-3.0Al-2.5V，因其具有优异的冷热加工性能和焊接性能，是制造航空用管材的一种理想材料。

航空液压TA18管材须具有较高的强度，从而有利于提高管材的抗拉伸、扭转的能力，但强度过高又会降低塑性、增加裂纹敏感性，并增加后续弯曲和扩口连接的难度。因此，要提高航空液压用管材的使用可靠性，对TA18管材的成分波动和力学性能稳定性也提出了更高的要求。航空液压用TA18管材应用的需求对制管用铸锭的成分均匀性和批次稳定性提出了更严格的要求，其中主元素Al、V的含量偏差要求控制在0.4wt％范围以内。同时，由于杂质元素Fe、O、C含量对管材的力学性能稳定性影响较大，因此精确控制Fe、O、C元素的含量也成为了熔炼工作中的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，适用于制备Φ(640～720)mm规格、成分均匀性良好的TA18钛合金铸锭。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1：精选海绵钛、铝钒中间合金和铝豆，按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料；

步骤2：计算步骤1中海绵钛、铝钒中间合金和铝豆按照GB/T 3620.1要求的配比进行配入时带入铸锭中的Fe、O元素含量，选取Fe元素出入厂检测偏差小于800ppm的铝铁合金和二氧化钛进行Fe、O元素的再次配入，将海绵钛、铝钒中间合金和铝豆带入铸锭中的Fe、O、C元素含量分别控制在(0.14～0.17)wt％、(0.09～0.12)wt％和(0.010～0.020)wt％范围以内；

步骤3：将步骤1中选取的海绵钛、铝钒中间合金、铝豆按照GB/T 3620.1要求的配比进行配入，并按照步骤2中要求的Fe、O元素含量范围配入铝铁合金和二氧化钛，采用单块混料方法进行混料，制成单块电极块；

步骤4：采用大型油压机对步骤3中混好的物料进行电极块压制，采用非钨极氩气保护等离子焊箱将电极块焊接为自耗电极；

步骤5：采用真空自耗电弧炉对步骤4中的自耗电极进行三次熔炼，具体为，

第一次熔炼，结晶器规格为Φ(440～560)mm，熔前真空≤1.0Pa，熔炼电压(30～37)V，熔炼电流(10～17)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流(5～20)A，熔炼后冷却时间≥4小时；

第二次熔炼，将平头处理的一次铸锭掉头熔炼，结晶器规格为Φ(560～640)mm，熔前真空≤0.8Pa，熔炼电压(30～38)V，熔炼电流(15～28)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流(8～20)A之间，熔炼后冷却时间≥6小时；

第三次熔炼，将平头处理的二次铸锭掉头熔炼，结晶器规格为Φ(640～720)mm，熔前真空≤0.8Pa，熔炼电压(28～38)V，熔炼电流(15～30)kA，漏气率≤0.6Pa/min，稳弧电流采用交流(8～20)A之间；在自耗电极剩余重量为(150～250)kg时开始补缩，电流降低速率逐级减小，熔炼后冷却时间≥6小时。

进一步，所述步骤1中的海绵钛中Fe、O、C元素的出入厂检测偏差均小于300ppm，且Fe、O元素含量均小于0.05wt％，C元素含量均控制在(0.008～0.013)wt％，铝钒合金中V元素的出入厂检测偏差均小于1000ppm，铝钒合金和铝豆中Fe元素的出入厂检测偏差均小于350ppm。

进一步，所述步骤2中的海绵钛、铝钒中间合金、铝豆的配比为Ti-(2.8～3.2)Al-(2.3～2.7)V。

进一步，所述步骤3中配料时除了配入铝钒中间合金和铝豆外，仍需配入铝铁合金和二氧化钛，以保证Fe、O元素范围满足步骤2的要求。

进一步，所述TA18钛合金铸锭规格为Φ640～Φ720mm。

进一步，所述步骤3中单块电极块的重量为35kg～50kg。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：本发明提供的这种航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，适用于Φ(640～720)mm规格TA18钛合金铸锭的制备，能够获得主元素含量偏差控制在0.1wt％范围以内，杂质元素Fe、O、C含量分别控制在(0.14～0.17)wt％、(0.09～0.12)wt％和(0.010～0.020)wt％范围以内，且含量偏差控制在0.01wt％范围以内的TA18钛合金铸锭；该制备方法能够使该合金各组元成分充分合金化和均匀化，铸锭中各合金元素在铸锭纵向和横向上分布均匀，有效地解决了Fe、O、C元素的精确控制等问题，有效地提高了航空液压用TA18管材的力学性能和使用可靠性，适用于工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1：

步骤1：精选海绵钛、铝钒中间合金和铝豆，按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料，其中，海绵钛中Fe、O、C元素的出入厂检测偏差分别为180ppm、150ppm、30ppm，Fe、O、C元素含量分别为0.020wt％、0.042wt％和0.011wt％，铝钒中间合金中V元素的出入厂检测偏差为600ppm，铝钒中间合金和铝豆中Fe元素的出入厂检测偏差分别为150ppm、200ppm；

步骤2：计算步骤1中海绵钛、铝钒中间合金和铝豆按照GB/T3620.1要求的配比进行配入时带入铸锭中的Fe、O元素含量，随后选取Fe元素出入厂检测偏差为650ppm的铝铁合金和二氧化钛进行Fe、O元素的再次配入，将海绵钛、铝钒中间合金和铝豆带入铸锭中的Fe、O、C元素含量分别为0.155wt％、0.105wt％和0.014wt％；

步骤3：将步骤1中选取的海绵钛、铝钒中间合金、铝豆按照GB/T 3620.1要求的配比进行配入，并按照步骤2中要求的Fe、O元素含量范围配入铝铁合金和二氧化钛，采用单块混料方法进行混料，单块电极块重量为35kg～50kg；

步骤5：采用真空自耗电弧炉对步骤3中的自耗电极进行三次熔炼，具体为，

第一次熔炼，结晶器规格Φ440mm，熔前真空0.70Pa，熔炼电压(30～33)V，熔炼电流(10～13)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流(5～8)A，熔炼后冷却时间≥4小时；

第二次熔炼，将平头处理的一次铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ560mm，熔前真空0.50Pa，熔炼电压(30～33)V，熔炼电流(15～19)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流(8～12)A之间，熔炼后冷却时间≥6小时；

第三次熔炼，将平头处理的二次铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ(640～720)mm，熔前真空0.45Pa，熔炼电压(28～32)V，熔炼电流(15～20)kA，漏气率≤0.6Pa/min，稳弧电流采用交流(8～12)A之间。在自耗电极剩余重量为(150～250)kg时开始补缩，电流降低速率逐级减小，熔炼后冷却时间≥6小时。

将本实施例熔炼的Φ640mm铸锭进行扒皮锯切冒口后，对其铸锭表面进行纵向五点取样，用来分析铸锭整体的成分均匀性，结果见表1。

表1实施例1铸锭的纵向五点化学成分(wt％)

由表1可以看出：使用该工艺制备的TA18铸锭成分均匀性良好，主元素和杂质元素均符合标准要求，其中Al、V元素偏差小于600ppm，杂质元素Fe含量偏差60ppm，O含量偏差70ppm，C含量偏差20ppm，杂质元素Fe、O、C含量均满足(0.14～0.17)wt％、(0.09～0.12)wt％和(0.010～0.020)wt％范围要求。

实施例2：

步骤1：精选海绵钛、铝钒中间合金和铝豆按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料，其中，海绵钛中Fe、O、C元素的出入厂检测偏差分别为150ppm、100ppm、10ppm，Fe、O、C元素含量分别为0.023wt％、0.038wt％和0.012wt％，铝钒中间合金中V元素的出入厂检测偏差为650ppm，铝钒中间合金和铝豆中Fe元素的出入厂检测偏差分别为160ppm、190ppm；

步骤2：计算步骤1中海绵钛、铝钒中间合金和铝豆，按照GB/T3620.1要求的配比进行配料时带入铸锭中的Fe、O元素含量，随后选取Fe元素出入厂检测偏差为500ppm的铝铁合金和二氧化钛进行Fe、O元素的再次配入，最终原材料带入铸锭中的Fe、O、C元素含量分别为0.155wt％、0.105wt％和0.015wt％；

步骤3：将步骤1中选取的海绵钛、铝钒中间合金、铝豆按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料，并按照步骤2中要求的Fe、O元素含量范围配入铝铁合金和二氧化钛，单块电极块重量为35kg～50kg，采用单块混料方法进行混料；

第一次熔炼，结晶器规格Φ560mm，熔前真空0.65Pa，熔炼电压(32～35)V，熔炼电流(12～15)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流(10～14)A，熔炼后冷却时间≥4小时；

第二次熔炼，将平头处理的一次铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ640mm，熔前真空0.52Pa，熔炼电压(33～35)V，熔炼电流(20～24)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流(12～16)A之间，熔炼后冷却时间≥6小时；

第三次熔炼，将平头处理的二次铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ720mm，熔前真空0.45Pa，熔炼电压(30～34)V，熔炼电流(20～24)kA，漏气率≤0.6Pa/min，稳弧电流采用交流(10～14)A之间。在自耗电极剩余重量为(150～250)kg时开始补缩，电流降低速率逐级减小，熔炼后冷却时间≥6小时。

将本实施例熔炼的Φ640mm铸锭进行扒皮锯切冒口后，对其铸锭表面进行纵向五点取样，用来分析铸锭整体的成分均匀性，结果见表2。

表2实施例2铸锭的纵向五点化学成分(wt％)

由表2可以看出：使用该工艺制备的TA18铸锭成分均匀性良好，主元素和杂质元素均符合标准要求，其中Al、V元素偏差小于700ppm，杂质元素Fe含量偏差40ppm，O含量偏差80ppm，C含量偏差40ppm，杂质元素Fe、O、C含量均满足(0.14～0.17)wt％、(0.09～0.12)wt％和(0.010～0.020)wt％范围要求。

实施例3：

步骤1：精选海绵钛、铝钒中间合金和铝豆按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料，其中，海绵钛中Fe、O、C元素的出入厂检测偏差分别为220ppm、130ppm、40ppm，Fe、O、C元素含量分别为0.015wt％、0.041wt％和0.010wt％，铝钒中间合金中V元素的出入厂检测偏差为820ppm，铝钒中间合金和铝豆中Fe元素的出入厂检测偏差分别为100ppm、220ppm；

步骤2：计算步骤1中海绵钛、铝钒中间合金和铝豆，按照按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料时带入铸锭中的Fe、O元素含量，随后选取Fe元素出入厂检测偏差为520ppm的铝铁合金和二氧化钛进行Fe、O元素的再次配入，最终原材料带入铸锭中的Fe、O、C元素含量分别为0.155wt％、0.105wt％和0.013wt％；

第一次熔炼，结晶器规格Φ440mm，熔前真空0.60Pa，熔炼电压(34～37)V，熔炼电流(15～17)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流(16～20)A，熔炼后冷却时间≥4小时；

第二次熔炼，将平头处理的一次铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ560mm，熔前真空0.45Pa，熔炼电压(36～38)V，熔炼电流(24～28)kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流(16～20)A之间，熔炼后冷却时间≥6小时；

第三次熔炼，将平头处理的二次铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ640mm，熔前真空0.35Pa，熔炼电压(34～38)V，熔炼电流(26～30)kA，漏气率≤0.6Pa/min，稳弧电流采用交流(16～20)A之间。在自耗电极剩余重量为(150～250)kg时开始补缩，电流降低速率逐级减小，熔炼后冷却时间≥6小时。

将本实施例熔炼的Φ640mm铸锭进行扒皮锯切冒口后，对其铸锭表面进行纵向五点取样，用来分析铸锭整体的成分均匀性，结果见表3。

表3实施例3铸锭的纵向五点化学成分(wt％)

由表3可以看出：使用该工艺制备的TA18铸锭成分均匀性良好，主元素和杂质元素均符合标准要求，其中Al、V元素偏差小于900ppm，杂质元素Fe含量偏差80ppm，O含量偏差80ppm，C含量偏差40ppm，杂质元素Fe、O、C含量均满足(0.14～0.17)wt％、(0.09～0.12)wt％和(0.010～0.020)wt％范围要求。

综上，利用本发明提供的制备方法制得的合金，其各组元成分充分合金化和均匀化，铸锭中各合金元素在铸锭纵向和横向上分布均匀，有效地解决了Fe、O、C元素的精确控制等问题，有效地提高了航空液压用TA18管材的力学性能和使用可靠性。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解，本发明并不局限于上述描述的内容，且可以在不脱离其范围进行修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤2：计算步骤1中海绵钛、铝钒中间合金和铝豆按照GB/T 3620.1要求的配比进行配料时带入铸锭中的Fe、O元素含量，选取Fe元素出入厂检测偏差小于800ppm的铝铁合金和二氧化钛进行Fe、O元素的再次配入，将海绵钛和所有中间合金带入铸锭中的Fe、O、C元素含量分别控制在（0.14~0.17）wt%、（0.09~0.12）wt%和（0.010~0.020）wt%范围以内；

步骤4：采用大型油压机对步骤 3中混好的物料进行电极块压制，采用非钨极氩气保护等离子焊箱将电极块焊接为自耗电极；

第一次熔炼，结晶器规格为Φ（440~560）mm，熔前真空≤1.0 Pa，熔炼电压（30~37）V，熔炼电流（10~17）kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流（5～20）A，熔炼后冷却时间≥4小时；

第二次熔炼，将平头处理的一次铸锭掉头熔炼，结晶器规格为Φ（560~640）mm，熔前真空≤0.8 Pa，熔炼电压（30~38）V，熔炼电流（15~28）kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流（8～20）A之间，熔炼后冷却时间≥6小时；

第三次熔炼，将平头处理的二次铸锭掉头熔炼，结晶器规格为Φ（640~720）mm，熔前真空≤0.8 Pa，熔炼电压（28~38）V，熔炼电流（15~30） kA，漏气率≤0.6Pa/min，稳弧电流采用交流（8～20）A之间；在自耗电极剩余重量为（150~250）kg时开始补缩，电流降低速率逐级减小，熔炼后冷却时间≥6小时。

2.根据权利要求1所述的航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的海绵钛中Fe、O、C元素的出入厂检测偏差均小于300ppm，且Fe、O元素含量均小于0.05wt%，C元素含量均控制在（0.008~0.013）wt%，铝钒合金中V元素的出入厂检测偏差均小于1000ppm，铝钒合金和铝豆中Fe元素的出入厂检测偏差均小于350ppm。

3.根据权利要求1所述的航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的海绵钛、铝钒中间合金、铝豆的配比为Ti-（2.8~3.2）Al-（2.3~2.7）V。

4.根据权利要求1所述的航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述TA18钛合金铸锭规格为Φ640～Φ720mm。

5.根据权利要求1所述的航空液压管用高均匀TA18钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述步骤3中单块电极块的重量为35kg~50kg。