CN113088719B - 一种改善var钛合金一次锭底部质量的熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,包括以下步骤:先将自耗电极对应装入坩埚,并置于真空自耗电弧炉内,进行焊接及抽空;然后当预真空达到3.0Pa以下,漏率在1.0Pa/min以下,采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼,其中一、二阶段在未达到熔化温度的前提下,分别对自耗电极端面及水冷铜坩埚底垫进行预热,三阶段采用短时快速升电流的方式结合电压及稳弧控制,迅速建立起弧期熔池,再进行正常熔炼;最后进行后续处理。本方法起弧期熔池健全迅速,熔池无反复凝固情况,对应一次锭底部质量好,无喷溅颗粒聚集、局部冷隔情况出现,机加用时短,且再次熔炼时,熔中无开裂的质量及安全隐患,适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域,具体涉及一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法。
背景技术
钛合金因其比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等特性,已经在航空、航天、舰船及医疗等领域获得广泛应用。
目前钛合金铸锭熔炼的主流方法为真空自耗电弧熔炼法(简称VAR法)。为获得良好的铸锭质量,钛合金铸锭一般需要进行三次熔炼,其中一次熔炼是后续熔炼的基础,需要在熔炼过程质量可控的前提下,提高一次锭的合金化效果。根据熔炼特点,一次锭熔炼过程分为三个阶段,分别为起弧建立熔池期、正常熔炼期和收弧期。
VAR钛合金铸锭熔炼通常在水冷铜坩埚内进行,在起弧初期,由于水冷铜坩埚导热效果好,温度较低,受坩埚外部强冷却水的作用,熔化的液滴落在水冷铜坩埚底垫上后,会迅速凝固;在起弧电流提升阶段,随着熔炼电流不断增大、熔速、电压受影响变化较大,此时熔炼过程易出现弧光不稳的状态,导致弧光不能沿着自耗电极端面均匀游走,底垫上已形成的熔池会迅速凝固,最终导致铸锭底部出现冷隔及分层或喷溅液滴聚集的情况,车除铸锭底部时导致机加效率很低,平均机加时间超过2小时,也存在熔炼过程中底部开裂掉入熔池的安全、质量隐患。
有鉴于此,本发明人研究设计了一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,用以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,采用该方法进行生产,起弧熔炼过程稳定,熔池健全迅速,熔池无反复凝固情况,对应一次锭底部质量好,无喷溅颗粒聚集、局部冷隔情况,节省了后续机加时间,且再次熔炼时,熔中无开裂的质量及安全隐患。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,包括以下步骤:
步骤一、将自耗电极对应装入坩埚,并置于真空自耗电弧炉内,进行焊接及抽空;
步骤二、当预真空达到3.0Pa以下,漏率在1.0Pa/min以下,采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼
其中,第一阶段和第二阶段在未达到熔化温度的前提下,分别对自耗电极端面及水冷铜坩埚底垫进行预热,第三阶段采用短时间快速升电流的方式结合电压及稳弧控制,迅速建立起弧期熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼;
步骤三、熔炼跳闸后,将铸锭冷却3~6小时出炉后,机加车除锭冠及平底,进行二次熔炼。
进一步地,所述步骤一中自耗电极规格为Φ360~Φ640mm。
进一步地,所述步骤一中自耗电极规格为Φ440mm。
进一步地,所述步骤一中坩埚规格为Φ440~Φ720mm。
进一步地,所述步骤一中坩埚规格为Φ560mm。
进一步地,所述步骤二采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼的具体过程为:
第一阶段采用4~6KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持10min后跳闸,冷却6~10min后,准备进行第二阶段起弧;
第二阶段采用6KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持6min后跳闸,将自耗电极触底接触坩埚底垫冷却5min后,准备进行第三阶段起弧;
第三阶段采用4~6KA电流进行起弧,电压控制在26V,稳弧电流为15A保持10min后,用1min的时间,将熔炼电流提升至18KA,迅速建立熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼。
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:
本发明根据一次电极较为疏松,起弧初期熔化易于喷溅的特点,特采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼,其中前两阶段在未达到熔化温度的前提下,分别对自耗电极端面及水冷铜坩埚底垫进行预热,第三阶段采用短时间快速升电流的方式迅速建立熔池,结合电压及稳弧控制,使得起弧期熔池健全迅速,熔池无反复凝固情况,对应一次锭底部质量好,无喷溅颗粒聚集、局部冷隔情况,机加平均时间小于60分钟,提高了生产效率,且再次熔炼时,熔中无开裂的质量及安全隐患,该熔炼方法适用于工业化生产。
附图说明
图1为本发明改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法流程图;
图2为实施例1使用本发明熔炼方法得到的铸锭效果图
图3为实施例1未使用本发明熔炼方法得到的铸锭效果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要的混淆本发明的概念。
参见图1所示,本发明所采用的技术方案是:一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,具体包括以下步骤:
步骤一、将规格为Φ360~Φ640mm的自耗电极对应装入Φ440~Φ720mm坩埚,并置于真空自耗电弧炉内,进行焊接及抽空。
步骤二、当预真空达到3.0Pa以下,漏率在1.0Pa/min以下,采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼。
三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼具体过程为:
第一阶段采用4~6KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持10min后跳闸,冷却6~10min后,准备进行第二阶段起弧。第一阶段起弧电流设置为4~6KA,是因为电流过小,对自耗电极及坩埚底垫的烘烤作用有限,电流过大,会导致自耗电极熔化,导致喷溅颗粒聚集于坩埚底垫表面,电压设置为28V的低电压,同时配合5A的稳弧电流,是为了确保弧光在自耗电极端面均匀游走,确保自耗电极端面受热均匀,保持10min就跳闸,是因为保持时间太短,烘烤作用有限,保持时间太长,自耗电极端面同样会熔化。跳闸后冷却6~10min,是为了让烘烤期间自耗电极端面的热量充分传导至自耗电极内部,确保均匀受热。
第二阶段采用6KA电流起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持6min后跳闸,将自耗电极触底接触坩埚底垫冷却5min后,准备进行第三阶段起弧。第二阶段采用6KA电流起弧,电压控制在28V,同时配合5A的稳弧电流,保持6min后跳闸,是为了在第一阶段烘烤及热量充分传导的基础上,再一次对水冷铜坩埚底垫及自耗电极端面进行预热,下压电极杆让自耗电极同坩埚底垫接触进行冷却,是为了用自耗电极端面的较高热量来烘烤坩埚底垫,避免坩埚底垫较冷导致的液滴滴落后快速凝固。
第三阶段采用4~6KA电流进行起弧,电压控制在26V,稳弧电流为15A保持10min后,用1min的时间,将熔炼电流提升至18KA,迅速建立熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼。第三阶段采用4~6KA电流,26V的电压,同时配合15A的稳弧电流,保持10min后,用1min的时间,将熔炼电流提升至18KA,采用小电流、低电压,配合大稳弧、长时间的烘烤进行自耗电极及坩埚底垫蓄热,在充分蓄热的基础上,采用1min的时间快速升电流,达到快速健全形成熔池的作用,避免坩埚底垫上热量不足导致液滴颗粒迅速凝固。
步骤三、熔炼跳闸后,将铸锭冷却3~6小时出炉后,机加车除锭冠及平底,进行二次熔炼。
为了进一步验证本发明熔炼方法的效果,发明人特提供了如下实施例:
实施例1
步骤一、将规格为Φ360mm的自耗电极对应装入Φ440mm坩埚,并置于真空自耗电弧炉内,进行焊接及抽空。
步骤二、当预真空达到3.0Pa以下,漏率在1.0Pa/min以下,采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼。
第一阶段采用4KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持10min后跳闸,冷却6min后,准备进行第二阶段起弧;第二阶段采用6KA电流起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持6min后跳闸,将自耗电极触底冷却5min后,准备进行第三阶段起弧;第三阶段采用4KA电流进行起弧,26V的电压同时配合15A的稳弧电流,保持10min后,用1min的时间,将熔炼电流提升至18KA,迅速建立熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼。
步骤三、熔炼跳闸后,将铸锭冷却3小时出炉后,机加车除锭冠及平底,进行二次熔炼。
采用上述步骤起弧熔炼的Φ440mm规格铸锭,起弧过程稳定无偏弧,熔池健全迅速,得到的铸锭底部无喷溅颗粒聚集及冷隔,如图2所示,平底机加时间为46min,较现有工艺节约机加用时54min;相比与未采用本发明三阶段同样条件下得到的铸锭图3质量明显提高。
实施例2
步骤一、将规格为Φ440mm的自耗电极对应装入Φ560mm坩埚,并置于真空自耗电弧炉内,进行焊接及抽空。
步骤二、当预真空达到3.0Pa以下,漏率在1.0Pa/min以下,采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼。
其中,第一阶段采用5KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持10min后跳闸,冷却10min后,准备进行第二阶段起弧;第二阶段采用6KA电流起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持6min后跳闸,将自耗电极触底冷却5min后,准备进行第三阶段起弧;第三阶段采用6KA电流进行起弧,26V的电压同时配合15A的稳弧电流,保持10min后,用1min的时间,将熔炼电流提升至18KA,迅速建立熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼。
步骤三、熔炼跳闸后,将铸锭冷却5小时出炉后,机加车除锭冠及平底,进行二次熔炼。
采用上述步骤起弧熔炼的Φ560mm规格铸锭,起弧过程稳定无偏弧,熔池健全迅速,得到的铸锭底部底部无喷溅颗粒聚集及冷隔,平底机加时间为52min,较现有工艺效率节约机加用时67min。
实施例3
步骤一、将规格为Φ640mm的自耗电极对应装入Φ720mm坩埚,并置于真空自耗电弧炉内,进行焊接及抽空。
步骤二、当预真空达到3.0Pa以下,漏率在1.0Pa/min以下,采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼。
其中,第一阶段采用6KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持10min后跳闸,冷却10min后,准备进行第二阶段起弧;第二阶段采用6KA电流起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持6min后跳闸,将自耗电极触底冷却5min后,准备进行第三阶段起弧;第三阶段采用6KA电流进行起弧,26V的电压同时配合15A的稳弧电流,保持10min后,用1min的时间,将熔炼电流提升至18KA,迅速建立熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼。
步骤三、熔炼跳闸后,将铸锭冷却6小时出炉后,机加车除锭冠及平底,进行二次熔炼。
采用上述步骤起弧熔炼的Φ720mm规格铸锭,起弧过程稳定无偏弧,熔池健全迅速,得到的铸锭底部无喷溅颗粒聚集及冷隔,平底机加时间为68min,较现有工艺机加效率提高1倍。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将自耗电极对应装入坩埚,并置于真空自耗电弧炉内,进行焊接及抽空;
步骤二、当预真空达到3.0Pa以下,漏率在1.0Pa/min以下,采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼
其中,第一阶段和第二阶段在未达到熔化温度的前提下,分别对自耗电极端面及水冷铜坩埚底垫进行预热,第三阶段采用短时间快速升电流的方式结合电压及稳弧控制,迅速建立起弧期熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼;
所述步骤二采用三段式逐级蓄热法进行起弧熔炼的具体过程为:
第一阶段采用4~6KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持10min后跳闸,冷却6~10min后,准备进行第二阶段起弧;
第二阶段采用6KA电流进行起弧,电压控制在28V,稳弧电流为5A,保持6min后跳闸,将自耗电极触底接触坩埚底垫冷却5min后,准备进行第三阶段起弧;
第三阶段采用4~6KA电流进行起弧,电压控制在26V,稳弧电流为15A保持10min后,用1min的时间,将熔炼电流提升至18KA,迅速建立熔池,然后按照熔炼工艺设定参数进行正常熔炼;
步骤三、熔炼跳闸后,将铸锭冷却3~6小时出炉后,机加车除锭冠及平底,进行二次熔炼。
2.根据权利要求1所述的一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,其特征在于:所述步骤一中自耗电极规格为Φ360~Φ640mm。
3.根据权利要求1所述的一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,其特征在于:所述步骤一中自耗电极规格为Φ440mm。
4.根据权利要求1所述的一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,其特征在于:所述步骤一中坩埚规格为Φ440~Φ720mm。
5.根据权利要求1所述的一种改善VAR钛合金一次锭底部质量的熔炼方法,其特征在于:所述步骤一中坩埚规格为Φ560mm。
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