CN111482765A - 钛及钛合金铸锭中铁的加入方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，与传统方法在原料中加入铁钉、铁粉或铁的中间合金后混料压制电极不同，本发明在电极制备后组合焊接时将需制备钛和钛合金中缺少的铁元素以长铁丝的进行加入，可提高铁在电极轴向上的分布均匀性，并可利用铁丝位置、直径以及长度实现反偏析布料，还解决了当电极由回收料头等非混料压制电极块组成时添加铁的难题，使用铁丝加入铁配料计算、实施难度小，只增加少量人工，不影响电极成型、组焊效率，而且铁丝成本远低于铁的中间合金，可降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及钛及钛合金制备技术领域，尤其涉及一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法。
背景技术
钛及钛合金现有的铁加入方法，因为铁(铁钉、铁粉、铁珠、短铁丝或铁的中间合金)的密度、形状、粒度与基体海绵钛存在较大差异，在混料时铁可能会在电极块局部富集，造成混料时铁分布不均匀，甚至会在电极制备过程中损失一部分铁。使用含铁中间合金添加铁是一种解决方法，但含铁中间合金成本高，含有多种元素成分配比难度大，并且不能从根本上解决混料不均匀问题。
铁在钛及钛合金中是一种易偏析，其受铁在钛及钛合金液相和固相中浓度差异影响，和加入原料类型无关，在电极制备方面解决铁偏析问题的主要方法为反偏析布料，但目前反偏析布料的方法较为复杂，需要制备反偏析芯棒或采取多次布料方法，增加了成本或增加了操作难度。
除此以外，当自耗电极为块状料而非海绵钛(中间合金)混料压制而成时，可能需要对其整体或局部铁含量进行调整，按照现有的方法铁的加入难度极大。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法。
一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，该钛及钛合金铸锭中铁的加入方法包括压制电极的加铁方法及钛及钛合金棒材的加铁方法，压制电极的加铁方法：
步骤(1)，电极混布料时，除海绵钛和其他原料含有的铁外，不另外添加铁,正常混布料。
步骤(2)，利用冲压机冲压头挤压模腔，从而完成电极块压制，并使电极块的上下表面沿电极块的轴向方向形成凹槽；
步骤(3)，将步骤(2)中压制完成的电极块先沿着电极块的轴向方向依次组合焊接成电极组块；
步骤(4)，根据目标成分以及反偏析布料的需要，计算每节电极需要加入铁的量，并选取需要加入铁丝的规格和数量；
步骤(5)，将其中的一组电极组块放置在焊接卡具上，将步骤(4)中选取好的铁丝安装在该组电极组块上部的凹槽内并固定，然后将另一组电极组块的与前面一组电极组块对接拼装，并组合焊接，从而完成电极内芯铁丝的加装，在电极组装焊接完成后，将步骤(4)中选取的铁丝安装在已经组装好的电极外壁表面的凹槽内，并通过紧固丝固定；
步骤(6)，将步骤(5)中加装铁丝后的电极经过2～3次真空自耗电弧炉熔炼处理，从而得到钛及钛合金铸锭。
钛合金棒材的加铁方法：
步骤(a)，选取钛及钛合金棒材，并将选取的钛及钛合金棒材锻造成圆棒或方棒，从而制得电极块；
步骤(b)，将步骤(a)中锻造成型的电极块沿电极块的轴向方向依次焊接，组合成电极棒；
步骤(c)，根据目标成分以及反偏析布料的需要，计算每节电极需要加入铁的量，并选取需要加入铁丝的规格和数量；
步骤(d)，将步骤(b)中组合焊接而成的电极棒放置在焊接卡具上，然后在电极棒的外壁表面上沿电极棒的轴向方向焊接固定钩，在固定钩焊接完成后，将步骤(c)中选取好的铁丝卡入到固定钩内，从而将铁丝固定安装在电极棒的外壁表面；
步骤(e)，将步骤(d)中加装铁丝后的电极棒经过2～3次真空自耗电弧炉熔炼处理，从而得到钛及钛合金铸锭。
本发明采用上述技术方案，其有益效果在于：本发明在电极制备后组合焊接时将需制备钛和钛合金中缺少的铁元素以长铁丝的进行加入，可提高铁在电极轴向上的分布均匀性，并可利用铁丝位置、直径以及长度实现反偏析布料，还解决了当电极由回收料头等非混料压制电极块组成时添加铁的难题，使用铁丝加入铁配料计算、实施难度小，只增加少量人工，不影响电极成型、组焊效率，而且铁丝成本远低于铁的中间合金，可降低生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例3压制电极块的结构示意图。
图2为本发明实施例3压制电极块组装后加入铁丝的结构示意图。
图3为本发明实施例1钛合金棒材电极块组装后加入铁丝的结构示意图。
图4为本发明实施例2钛合金棒材电极块组装后加入铁丝的结构示意图。
图中：电极块01、凹槽11、铁丝02、紧固丝03、固定钩04。
具体实施方式
实施例1
一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，该钛及钛合金铸锭中铁的加入方法包括以下步骤，
步骤(a)，本实例材料为铁含量较低的TC4料头，将其锻造机加成φ96mm圆棒；
步骤(b)，将步骤(a)中锻造成型的电极块沿电极块的轴向方向依次焊接，组合成电极棒；
步骤(c)，根据目标成分以及反偏析布料的需要，计算电极需要加入铁的量，并选取需要加入铁丝02的规格和数量，铁丝02的直径不大于8.5mm，长度不大于电极总长度，在本实施例中，我们选用3根14#铁丝02，其直径约为2mm；
步骤(d)，将步骤(b)中组合焊接而成的电极棒放置在焊接卡具上，然后在电极棒的外壁表面上沿电极棒的轴向方向焊接固定钩04，固定钩04的材质与电极材质相近或为纯钛；在固定钩04焊接完成后，将步骤(c)中选取好的14#铁丝02卡入到固定钩04内，从而将铁丝固定安装在电极棒的外壁表面；并且每根铁丝02的间距均匀；
步骤(d)，将步骤(d)中加装铁丝02后的电极经过2次真空自耗电弧炉熔炼处理，从而得到TC4钛合金铸锭；将步骤(4)中φ96mm电极棒一次真空自耗电弧炉熔炼成φ160mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流2～4kA，熔炼电压25～36V，熔炼真空不低于10Pa，漏率低于1Pa/min。再经过二次真空自耗电弧炉熔炼成φ220mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流3～5kA，熔炼电压25～36V，熔炼真空不低于10Pa，漏率低于1Pa/min。从铸锭上、下侧表面和中部横截面取样进行Fe成分分析，分析结果显示Fe成分均匀，并完全符合GB/T3620.1标准要求，将铸锭锻造成φ50mm规格棒材，经高低倍检验，未发现夹杂和成份偏析冶金缺陷。φ220mm规格铸锭具体检测数值见下表：
实施例2
一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，该钛及钛合金铸锭中铁的加入方法包括以下步骤，
步骤(a)，本实施例材料为成分相近的若干低铁TC4棒材，将其锻造成尺寸为150×150×Lmm规格的方棒，并进行表面处理得到电极块01；
步骤(b)，将步骤(1)得到的电极块01组合成150×300×Lmm规格的电极并焊接；
步骤(c)，根据目标成分以及反偏析布料的需要，计算每节电极需要加入铁的量，并选取需要加入铁丝02的规格和数量，铁丝02的直径不大于8.5mm，长度不大于电极总长度，在本实施例中，我们选用3根10#铁丝02，其直径约3.4mm；
步骤(d)，将步骤(b)中组合焊接而成的电极棒放置在焊接卡具上，然后在电极棒的外壁表面上沿电极棒的轴向方向焊接固定钩04，固定钩04的材质与电极材质相近或为纯钛；在固定钩04焊接完成后，将步骤(c)中选取好的14#铁丝02卡入到固定钩04内，从而将铁丝固定安装在电极棒的外壁表面；；
步骤(e)，将步骤(4)中加装铁丝02后的电极经过3次真空自耗电弧炉熔炼处理，将步骤(d)中150×300×Lmm规格的电极棒，经一次真空自耗电弧炉熔炼成φ440mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流6～20kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于7Pa，漏率低于0.133Pa/min。φ440mm规格铸锭再经过一次真空自耗电弧炉熔炼成Φ530mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流6～22kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于5Pa，漏率低于0.133Pa/min。φ530mm规格铸锭再经过一次真空自耗电弧炉熔炼成φ625mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流6～25kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于5Pa，漏率低于0.133Pa/min。从铸锭上、中、下侧表面和横截面取样进行Fe成分分析，分析结果显示Fe成分均匀，并完全符合GB/T3620.1标准要求。将铸锭锻造成φ33～120mm规格棒材，经高低倍检验，未发现夹杂和成份偏析冶金缺陷。
Φ625mm规格铸锭具体检测数值见下表：
实施例3
一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，该钛及钛合金铸锭中铁的加入方法包括以下步骤，
步骤(1)，先根据所需制备的电极块中除铁元素外其它元素的含量，计算电极块中海绵钛、铝钒合金、铝豆以及二氧化钛含量，并将称取好的海绵钛、铝钒合金、铝豆以及二氧化钛混合均匀，然后将混合好的物料添加到模具中称料后正常混布料。；
步骤(2)，利用冲压机冲压头挤压模腔，从而完成电极块01压制，为固定后续添加的铁丝，一种可采取的非必须的措施是使电极块01的上下表面沿电极块01的轴向方向形成凹槽11，凹槽11宽度为5～100mm，深度3～10mm；
步骤(3)，将步骤(2)中压制完成的电极块01先沿着电极块01的轴向方向依次组合焊接成电极组块；
步骤(4)，根据目标成分以及反偏析布料的需要，计算每节电极需要加入铁的量，并选取需要加入铁丝02的规格和数量，铁丝02的直径不大于8.5mm，长度不大于电极总长度，在本实施例中，我们选用20根10#铁丝02，其直径约3.4mm；
步骤(5)，将其中的一组电极组块放置在焊接卡具上，根据需要，将步骤(4)中选取好的10#铁丝02安装在该组电极组块上部的凹槽11内并固定，然后将另一组电极组块的上部与前面一组电极组块的上部对接拼装，并组合焊接，从而完成电极内芯铁丝02的加装，将另一组电极组块的上部与前面一组电极组块的上部对接拼装，并组合焊接，在电极组装焊接完成后，将步骤(4)中选取的10#铁丝02安装在已经组装好的电极外壁表面的凹槽11内，并通过紧固丝03固定，从而形成，260×330×L mm规格的电极棒；紧固丝03的材质与电极材质相近或为纯钛；在向电极上的凹槽11内安装10#铁丝02时，10#铁丝02与电极轴向方向平行，10#铁丝02在对应组装后电极芯部位置分布密度不高于边缘位置，并且在铸锭铁易富集区域对应的电极块01局部分布密度不高于正常位置，铸锭铁易贫乏区域对应的电极块01局部分布密度不低于正常位置，其中，铸锭铁易富集区域为靠近电极中间圆心位置，铸锭铁易贫乏区域为电极圆周表面的位置，正常位置为电极圆心与电极圆周表面之间的位置；
步骤(6)，将步骤(5)中加装铁丝02后的电极经过2～3次真空自耗电弧炉熔炼处理，将步骤(5)中260×330×L mm规格的电极棒，经一次真空自耗电弧炉熔炼成φ440mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流6～20kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于7Pa，漏率低于0.133Pa/min。φ440mm规格铸锭再经过一次真空自耗电弧炉熔炼成Φ530mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流6～22kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于5Pa，漏率低于0.133Pa/min。φ530mm规格铸锭再经过一次真空自耗电弧炉熔炼成φ625mm规格铸锭，主要工艺参数：熔炼电流6～25kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于5Pa，漏率低于0.133Pa/min。铸锭上、中、下侧表面和横截面取样进行Fe成分分析，分析结果显示Fe成分均匀，并完全符合GB/T3620.1标准要求。将铸锭锻造成φ80mm规格棒材，经高低倍检验，未发现夹杂和成份偏析冶金缺陷。
Φ625mm规格铸锭具体检测数值见下表：
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，其特征在于：该钛及钛合金铸锭中铁的加入方法包括压制电极的加铁方法及钛及钛合金棒材的加铁方法，
压制电极的加铁方法：
步骤（1），先根据所需制备的电极块中除铁元素外其它元素的含量，计算电极块中海绵钛及中间合金所需要的添加量，根据计算出的海绵钛及中间合金的添加量称取对应的海绵钛及中间合金，并将称取好的海绵钛及中间合金均匀混合，然后将混合好的物料添加到模具中；
步骤（2），利用冲压机冲压头挤压模腔，从而完成电极块压制，并使电极块的上下表面沿电极块的轴向方向形成凹槽；
步骤（3），将步骤（2）中压制完成的电极块先沿着电极块的轴向方向依次组合焊接成电极组块；
步骤（4），根据目标成分以及反偏析布料的需要，计算每节电极需要加入铁的量，并选取需要加入铁丝的规格和数量；
步骤（5），将其中的一组电极组块放置在焊接卡具上，将步骤（4）中选取好的铁丝安装在该组电极组块上部的凹槽内并固定，然后将另一组电极组块的与前面一组电极组块对接拼装，并组合焊接，从而完成电极内芯铁丝的加装，在电极组装焊接完成后，将步骤（4）中选取的铁丝安装在已经组装好的电极外壁表面的凹槽内，并通过紧固丝固定；
步骤（6），将步骤（5）中加装铁丝后的电极经过2～3次真空自耗电弧炉熔炼处理，从而得到钛及钛合金铸锭。
钛合金棒材的加铁方法：
步骤（a），选取钛及钛合金棒材，并将选取的钛及钛合金棒材锻造成圆棒或方棒，从而制得电极块；
步骤（b），将步骤（a）中锻造成型的电极块沿电极块的轴向方向依次焊接，组合成电极棒；
步骤（c），根据目标成分以及反偏析布料的需要，计算每节电极需要加入铁的量，并选取需要加入铁丝的规格和数量；
步骤（d），将步骤（b）中组合焊接而成的电极棒放置在焊接卡具上，然后在电极棒的外壁表面上沿电极棒的轴向方向焊接固定钩，在固定钩焊接完成后，将步骤（c）中选取好的铁丝卡入到固定钩内，从而将铁丝固定安装在电极棒的外壁表面；
步骤（e），将步骤（d）中加装铁丝后的电极棒经过2～3次真空自耗电弧炉熔炼处理，从而得到钛及钛合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，其特征在于：所述步骤（5）中在向电极上的凹槽内安装铁丝时，铁丝与电极轴向方向平行，铁丝在对应组装后电极芯部位置分布密度不高于边缘位置，并且在铸锭铁易富集区域对应的电极块局部分布密度不高于正常位置，铸锭铁易贫乏区域对应的电极块局部分布密度不低于正常位置。
3.根据权利要求1所述的钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，其特征在于：所述步骤（5）中在对电极外壁表面安装的铁丝进行固定时，紧固丝是沿电极的轴向方向等距分布在电极的外壁表面，间距为30～500mm。
4.根据权利要求1所述的钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，其特征在于：所述紧固丝、固定钩的材质为纯钛或与铸锭材质相同的钛合金。
5.根据权利要求1所述的钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，其特征在于：所述铁丝的直径不大于8.5mm，长度不大于电极总长度。
6.根据权利要求1所述的钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，其特征在于：所述步骤（2）中电极表面形成的凹槽宽度为5～100mm，深度3～10mm。
7.根据权利要求1所述的钛及钛合金铸锭中铁的加入方法，其特征在于：所述电极熔炼时，一次熔炼的条件为：熔炼电流2～20kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于10Pa，漏率低于1Pa/min，二次熔炼的条件为：熔炼电流3～22kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于10Pa，漏率低于1Pa/min，三次熔炼的条件为：熔炼电流6～25kA，熔炼电压25～38V，熔炼真空不低于5Pa，漏率低于0.133Pa/min。
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| GR01 | Patent grant | ||
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