CN112048639A - 一种ta15钛合金铸锭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种TA15钛合金铸锭制备方法，避免了拼接电极、熔炼焊接过程气体杂质元素的引入和熔炼焊点掉块的风险，保证了钛合金铸锭制备过程的纯净性。在生产周期上，因不进行电极组拼焊接和熔炼过程铸锭焊接，与同类现有技术相比，本发明TA15钛合金铸锭制备时间缩短20h以上，生产周期提效15％以上。

Description

一种TA15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技术领域，具体涉及一种TA15钛合金铸锭的制备方法。

背景技术

钛合金作为当代飞机结构设计的重要选材之一，其应用水平的高低甚至已成为衡量飞机结构设计选材先进程度的重要标志之一。钛合金对于减轻飞机整体结构重量、提高结构设计效率、改善结构可靠性、提高机体寿命、满足高温和高载以及腐蚀环境要求等方面能够发挥其他金属无法比拟的作用。

TA15钛合金是一种高铝当量损伤容限型近α钛合金，具有良好的热强性和可焊性，有接近α-β型钛合金的工艺塑性，是我国航空领域重要的结构材料。该合金热稳定性能好，可用于生产薄板、棒材、锻件、板材和型材等产品，在飞机的发动机以及机身结构中有着广泛的应用，如：TA15钛合金整框模锻件是典型的大型钛合金航空结构件。

目前，生产TA15合金铸锭的方法主要是真空自耗电弧(VAR)炉多次熔炼和等离子束冷床炉熔炼，但航空用钛合金铸锭的熔炼必须经过真空自耗电弧炉熔炼。受技术的限制，目前我国2～5t航空级钛合金铸锭的制备，均以压制单重40～500kg的电极块拼接组焊得到1～2t的焊接电极，再通过多次锭熔炼、炉内焊接的方式得到成品重量2～5t的钛合金铸锭。电极或铸锭焊接时会引入氧、氮等气体杂质元素富集，焊接处焊点的高密度夹杂或掉渣严重影响铸锭冶金质量。

发明内容

为了解决现有技术中熔炼可能引入外来物夹杂的问题，本发明提供一种TA15钛合金铸锭的制备方法，该方法避免了拼接电极、熔炼焊接过程气体杂质元素的引入和熔炼焊点掉块的风险，保证了钛合金铸锭制备过程的纯净性，适用于对原材料冶金要求较高，熔炼过程无焊接的单重2～5t航空结构件用优质TA15钛合金铸锭制备。

除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种TA15钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

步骤(1)：按国家标准GB/T 3620.1中TA15钛合金的配比要求配料，混合均匀，原材料总重量为2～5.3t；

步骤(2)：将步骤(1)混合好的原材料通过压制整体成型得到单重2～5.3t的整体电极，整体电极直径Φ435～Φ650mm，电极长度2～5m；

步骤(3)：将步骤(2)得到的整体电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼过程中真空度≤2.0Pa，熔炼电流14～20kA，熔炼电压34～37V，冷却时间≥4h；

步骤(4)：将步骤(3)得到的一次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(5)：将步骤(4)得到的一次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼，熔炼过程中真空度≤1.0Pa，熔炼电流20～26kA，熔炼电压30～38V，冷却时间≥6h；

步骤(6)：将步骤(5)得到的二次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(7)：将步骤(6)得到的二次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流22～28kA，熔炼电压34～40V，冷却时间≥6h；

步骤(8)：将步骤(7)得到的三次铸锭进行帽口切除和表面扒皮处理，得到TA15钛合金成品铸锭。

进一步的，所述步骤(2)为将步骤(1)混合好的原材料通过转移小车输送至100MN整体电极挤压机中，通过压制整体成型得到单重2～5.3t的整体电极，整体电极直径Φ435～Φ650mm，电极长度2～5m。

进一步的，所述真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ505～Φ720mm。

进一步的，所述真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ560～Φ800mm。

进一步的，所述真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ650～Φ850mm。

进一步的，第三次熔炼末期电极重量预留100～200kg时，进入补缩阶段，补缩时电流0～6kA，补缩时间≥30min。

一种TA15钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

步骤(1)：按国家标准GB/T 3620.1中TA15钛合金的配比要求配料，混合均匀，原材料总重量为2～5.3t；

步骤(2)：将步骤(1)混合好的原材料通过转移小车输送至100MN整体电极挤压机中，通过压制整体成型得到单重2～5.3t的整体电极，整体电极直径Φ435～Φ650mm，电极长度2～5m；

步骤(3)：将步骤(2)得到的整体电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼过程中真空度≤2.0Pa，熔炼电流14～20kA，熔炼电压34～37V，冷却时间≥4h；所述真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ505～Φ720mm；

步骤(4)：将步骤(3)得到的一次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(5)：将步骤(4)得到的一次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼，熔炼过程中真空度≤1.0Pa，熔炼电流20～26kA，熔炼电压30～38V，冷却时间≥6h；所述真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ560～Φ800mm；

步骤(6)：将步骤(5)得到的二次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(7)：将步骤(6)得到的二次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流22～28kA，熔炼电压34～40V，冷却时间≥6h；所述真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ650～Φ850mm，第三次熔炼末期电极重量预留100～200kg时，进入补缩阶段，补缩时电流0～6kA，补缩时间≥30min；

步骤(8)：将步骤(7)得到的三次铸锭进行帽口切除和表面扒皮处理，得到TA15钛合金成品铸锭。

有益效果：

目前我国2～5t航空级钛合金铸锭的制备，均以压制单重40～500kg的电极块拼接组焊得到1～2t的焊接电极，再通过多次锭熔炼、炉内焊接的方式得到成品重量2～5t的钛合金铸锭。电极或铸锭焊接时会引入氧、氮等气体杂质元素富集，焊接处焊点的高密度夹杂或掉渣严重影响铸锭冶金质量。本发明提供一种优质TA15钛合金铸锭制备方法，避免拼接电极、熔炼焊接过程气体杂质元素的引入和熔炼焊点掉块的风险，保证了钛合金铸锭制备过程的纯净性。在生产周期上，因不进行电极组拼焊接和熔炼过程铸锭焊接，与同类现有技术相比TA15钛合金铸锭制备时间缩短20h以上，生产周期提效15％以上。

附图说明

图1为实施例1、2、3中铸锭纵向3点取样位置示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。本发明所述TA15钛合金按GB/T3620.1标准要求，其原材料包括：海绵钛、Al-76V中间合金、Al-60Mo中间合金、Al豆、海绵锆、TiO₂粉末，总组分重量为100％。

实施例1：

一种TA15钛合金铸锭制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：按国家标准GB/T 3620.1中TA15钛合金的配比要求，将海绵钛、中间合金、二氧化钛在自动混布料机上混合均匀，原材料总重量为2.2t；

步骤(2)：将步骤(1)混合好的2.2t原材料通过转移小车输送至100MN整体电极挤压机中，通过多次压制整体成型得到单重2.2t的整体电极，整体电极直径Φ435mm，电极长度4.2m；

步骤(3)：将步骤(2)得到的整体电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼过程中真空度≤1.0Pa，熔炼电流16～18kA，熔炼电压34～36V，冷却时间5h；所述真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ505mm；

步骤(4)：将步骤(3)得到的一次铸锭进行车床平头去飞边处理，一次锭长度约2.4m，残废料重量约1kg；

步骤(5)：将步骤(4)得到的Φ505mm一次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.9Pa，熔炼电流20～24kA，熔炼电压30～36V，冷却时间7h；所述真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ560mm；

步骤(6)：将步骤(5)得到的二次铸锭进行车床平头去飞边处理，二次锭长度约1.8m，残废料重量约1kg；

步骤(7)：将步骤(6)得到的Φ560mm二次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.6Pa，熔炼电流22～26kA，熔炼电压34～37V，冷却时间8h；所述真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ650mm，第三次熔炼末期电极重量预留100kg时，进入补缩阶段，补缩时电流0～6kA，补缩时间30min；

步骤(8)：将步骤(7)得到的三次铸锭进行帽口切除和表面扒皮处理，得到TA15钛合金成品铸锭，铸锭重量约2t，长度1.3m。

采用上述国标规定的检测方法检测实施例1中重量2t的TA15钛合金铸锭纵向3点化学成分，结果如表1所示。

表1实施例1中重量2t的TA15钛合金铸锭纵向3点化学成分取样测试结果

取样位置	Al	Mo	V	Zr	O
						上部	6.61	1.90	2.09	2.26	0.10
中部	6.51	1.89	2.05	2.26	0.11
						下部	6.68	1.90	2.06	2.30	0.11
标准要求	5.5～7.1	0.5～2.0	0.8～2.5	1.5～2.5	≤0.15

实施例2：

一种优质TA15钛合金铸锭制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：按国家标准GB/T 3620.1中TA15钛合金的配比要求，将海绵钛、中间合金、二氧化钛在自动混布料机上混合均匀，原材料总重量为3.5t；

步骤(2)：将步骤(1)混合好的3.5t原材料通过转移小车输送至100MN整体电极挤压机中，通过多次压制整体成型得到单重3.5t的整体电极，整体电极直径Φ515mm，电极长度5.2m；

步骤(3)：将步骤(2)得到的整体电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼过程中真空度≤1.5Pa，熔炼电流15～18kA，熔炼电压35～37V，冷却时间6h；所述真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ590mm；

步骤(4)：将步骤(3)得到的一次铸锭进行车床平头去飞边处理，一次锭长度约3.1m，残废料重量约1kg；

步骤(5)：将步骤(4)得到的Φ590mm一次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.9Pa，熔炼电流22～25kA，熔炼电压33～37V，冷却时间8h；所述真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ650mm；

步骤(6)：将步骤(5)得到的二次铸锭进行车床平头去飞边处理，二次锭长度约2.4m，残废料重量约1kg；

步骤(7)：将步骤(6)得到的Φ650mm二次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.6Pa，熔炼电流25～27kA，熔炼电压35～38V，冷却时间10h；所述真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ720mm，第三次熔炼末期电极重量预留150kg时，进入补缩阶段，补缩时电流0～6kA，补缩时间30min；

步骤(8)：将步骤(7)得到的三次铸锭进行帽口切除和表面扒皮处理，得到TA15钛合金成品铸锭，铸锭重量约3.2t，长度2.0m。

采用上述国标规定的检测方法检测实施例2中重量3.2t的TA15钛合金铸锭纵向3点化学成分，结果如表2所示。

表2实施例2中重量3.2t的TA15钛合金铸锭纵向3点化学成分取样测试结果

取样位置	Al	Mo	V	Zr	O
						上部	6.56	1.60	1.96	2.10	0.12
中部	6.42	1.79	2.02	2.06	0.11
						下部	6.45	1.63	1.95	2.19	0.12
标准要求	5.5～7.1	0.5～2.0	0.8～2.5	1.5～2.5	≤0.15

实施例3：

一种TA15钛合金铸锭制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：按国家标准GB/T 3620.1中TA15钛合金的配比要求，将海绵钛、中间合金、二氧化钛在自动混布料机上混合均匀，原材料总重量为5.3t；

步骤(2)：将步骤(1)混合好的5.3t原材料通过转移小车输送至100MN整体电极挤压机中，通过多次压制整体成型得到单重5.3t的整体电极，整体电极直径Φ650mm，电极长度4.9m；

步骤(3)：将步骤(2)得到的整体电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼过程中真空度≤2Pa，熔炼电流16～20kA，熔炼电压35～37V，冷却时间6h；所述真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ720mm；

步骤(4)：将步骤(3)得到的一次铸锭进行车床平头去飞边处理，一次锭长度约3.2m，残废料重量约1.5kg；

步骤(5)：将步骤(4)得到的Φ720mm一次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼，熔炼过程中真空度≤1.0Pa，熔炼电流24～26kA，熔炼电压35～38V，冷却时间8h；所述真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ780mm；

步骤(6)：将步骤(5)得到的二次铸锭进行车床平头去飞边处理，二次锭长度约2.5m，残废料重量约1.5kg；

步骤(7)：将步骤(6)得到的Φ780mm二次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流25～28kA，熔炼电压36～40V，冷却时间10h；所述真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ850mm，第三次熔炼末期电极重量预留200kg时，进入补缩阶段，补缩时电流0～6kA，补缩时间30min；

步骤(8)：将步骤(7)得到的三次铸锭进行帽口切除和表面扒皮处理，得到TA15钛合金成品铸锭，铸锭重量约5t，长度2.1m。

采用上述国标规定的检测方法检测实施例3中重量5t的TA15钛合金铸锭纵向3点化学成分，结果如表3所示。

表3实施例3中重量5t的TA15钛合金铸锭纵向3点化学成分取样测试结果

取样位置	Al	Mo	V	Zr	O
						上部	6.52	1.68	2.21	2.11	0.11
中部	6.57	1.71	2.21	2.05	0.10
						下部	6.58	1.71	2.24	2.12	0.12
标准要求	5.5～7.1	0.5～2.0	0.8～2.5	1.5～2.5	≤0.15

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种TA15钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

步骤(1)：按国家标准GB/T 3620.1中TA15钛合金的配比要求配料，混合均匀，原材料总重量为2～5.3t；

步骤(2)：将步骤(1)混合好的原材料通过压制整体成型得到单重2～5.3t的整体电极，整体电极直径Φ435～Φ650mm，电极长度2～5m；

步骤(3)：将步骤(2)得到的整体电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼过程中真空度≤2.0Pa，熔炼电流14～20kA，熔炼电压34～37V，冷却时间≥4h；

步骤(4)：将步骤(3)得到的一次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(5)：将步骤(4)得到的一次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼，熔炼过程中真空度≤1.0Pa，熔炼电流20～26kA，熔炼电压30～38V，冷却时间≥6h；

步骤(6)：将步骤(5)得到的二次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(7)：将步骤(6)得到的二次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流22～28kA，熔炼电压34～40V，冷却时间≥6h；

步骤(8)：将步骤(7)得到的三次铸锭进行帽口切除和表面扒皮处理，得到TA15钛合金成品铸锭。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)为将步骤(1)混合好的原材料通过转移小车输送至100MN整体电极挤压机中，通过压制整体成型得到单重2～5.3t的整体电极，整体电极直径Φ435～Φ650mm，电极长度2～5m。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ505～Φ720mm。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ560～Φ800mm。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ650～Φ850mm。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：第三次熔炼末期电极重量预留100～200kg时，进入补缩阶段，补缩时电流0～6kA，补缩时间≥30min。

7.一种TA15钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

步骤(1)：按国家标准GB/T 3620.1中TA15钛合金的配比要求配料，混合均匀，原材料总重量为2～5.3t；

步骤(2)：将步骤(1)混合好的原材料通过转移小车输送至100MN整体电极挤压机中，通过压制整体成型得到单重2～5.3t的整体电极，整体电极直径Φ435～Φ650mm，电极长度2～5m；

步骤(3)：将步骤(2)得到的整体电极在真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼，熔炼过程中真空度≤2.0Pa，熔炼电流14～20kA，熔炼电压34～37V，冷却时间≥4h；所述真空自耗电弧炉中进行第一次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ505～Φ720mm；

步骤(4)：将步骤(3)得到的一次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(5)：将步骤(4)得到的一次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼，熔炼过程中真空度≤1.0Pa，熔炼电流20～26kA，熔炼电压30～38V，冷却时间≥6h；所述真空自耗电弧炉中进行第二次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ560～Φ800mm；

步骤(6)：将步骤(5)得到的二次铸锭进行车床平头去飞边处理；

步骤(7)：将步骤(6)得到的二次铸锭在真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼，熔炼过程中真空度≤0.8Pa，熔炼电流22～28kA，熔炼电压34～40V，冷却时间≥6h；所述真空自耗电弧炉中进行第三次熔炼所使用的结晶器坩埚直径为Φ650～Φ850mm，第三次熔炼末期电极重量预留100～200kg时，进入补缩阶段，补缩时电流0～6kA，补缩时间≥30min；

步骤(8)：将步骤(7)得到的三次铸锭进行帽口切除和表面扒皮处理，得到TA15钛合金成品铸锭。

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