CN113278812A - 一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法 - Google Patents

一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法 Download PDF

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Abstract

提供一种高Mo含量Ti‑Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，属于钛合金冶金技术领域，采用五次真空自耗铸锭熔炼，通过控制熔炼过程真空度、漏气率及熔炼完成冷却方式，降低铸锭O等杂质元素含量；采用二次铸锭后锻造成一次铸锭尺寸，为后续多次熔炼不放大锭型做准备，减少结晶器使用，降低成本；在第四、五次铸锭熔炼过程中通过搅拌电流方式进行熔炼，提高铸锭均匀性；在第五次铸锭熔炼过程中不仅加入搅拌电流，提高铸锭均匀性，而且通过降低电流方式进行熔炼，减小铸锭缩孔、缩松，减小冒口尺寸，提高铸锭成材率。本发明制备出的高Mo含量Ti‑Mo合金铸锭合金成分均匀、波动小，且无Mo元素偏析及高密度夹杂。

Description

一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法
技术领域
本发明属于钛合金冶金技术领域，具体涉及一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、耐蚀性以及良好的生物兼容性等优点，广泛应用于航空、航天、兵器、医疗等领域。目前真空自耗熔炼是钛合金最重要的熔炼方式之一，通过多组电极块进行钛合金铸锭熔炼，且在熔炼过程中不引入杂质元素。Mo元素是钛合金重要的同晶型β稳定元素，一般情况钛合金Mo元素的添加采用Al-Mo等中间合金方式加入，Al-Mo中间合金可大幅降低Mo合金熔点，降低熔炼产生Mo元素偏析及产生高密度夹杂的风险。而对于高Mo含量Ti-Mo系合金，无其他合金元素，Mo元素主要以纯Mo形式加入合金，在熔炼过程中容易产生偏析或高密度夹杂等现象，造成铸锭不均匀，严重时甚至导致整炉批铸锭报废。因此，高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼工艺对其铸锭均匀性具有重要影响。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，本发明针对现有技术的不足，采用五次真空自耗铸锭熔炼，二次铸锭后锻造成一次铸锭尺寸，为后续多次熔炼不放大锭型做准备，减少结晶器使用，降低成本，五次铸锭采用降电流工艺进行熔炼，降低冒口缩孔缩松等缺陷，提高铸锭成材率；本发明可熔炼Ti-Mo二元合金Mo含量不低于35％，实现高含量难熔金属Mo的Ti-Mo合金制备，制备出的高Mo含量Ti-Mo合金铸锭合金成分均匀、波动小，且无Mo元素偏析及高密度夹杂。
本发明采用的技术方案：一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)：将压制好的高Mo含量Ti-Mo合金电极块放入真空自耗电弧炉中焊接，形成焊接电极棒；
步骤2)：将步骤1)中所述的焊接电极棒进行真空自耗电弧熔炼，形成一次Ti-Mo合金铸锭；
步骤3)：将步骤2)中获得的一次Ti-Mo合金铸锭每两根为一组，头尾相接进行第二次真空自耗电弧熔炼，形成二次Ti-Mo合金铸锭；
步骤4)：将步骤3)中获得的二次Ti-Mo合金铸锭车光表面，然后进行锻造，锻造成一次Ti-Mo合金铸锭规格，车光表面氧化层，形成锻造后二次铸锭；
步骤5)：将步骤4)中的锻造后二次铸锭进行第三次真空自耗电弧熔炼，形成三次Ti-Mo合金铸锭；
步骤6)：将步骤5)中形成的三次Ti-Mo合金铸锭每两根为一组，头尾相接，进行第四次真空自耗电弧熔炼，形成四次Ti-Mo合金铸锭；
步骤7)：将步骤6)中获得的四次Ti-Mo合金铸锭，头尾颠倒，进行第五次真空自耗电弧熔炼，形成五次Ti-Mo合金铸锭。
上述步骤1)中，采用所述真空自耗电弧炉进行电极棒焊接，起弧材料为纯钛棒或海绵钛颗粒，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min。
上述步骤2)中，所述一次Ti-Mo合金铸锭的熔炼：真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至20000A，电流增速2000A/min。
上述步骤3)中，在二次Ti-Mo合金铸锭熔炼之前，将一次Ti-Mo合金铸锭用车床车平端面，将两根一次Ti-Mo合金铸锭头尾在真空自耗电弧炉中焊接，焊接材料为纯钛棒或海绵钛；进行二次Ti-Mo合金铸锭熔炼时：真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
上述步骤4)中，将步骤3)中获得的二次Ti-Mo合金铸锭车光表面，去除表面裂纹后进行锻造，锻造温度1100-1200℃，锻造成一次Ti-Mo合金铸锭规格，机加工去除表面氧化层。
上述步骤5)中，将步骤4)中的锻造后二次铸锭在步骤3)中使用的结晶器中进行三次Ti-Mo合金铸锭熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
上述步骤6)中，将步骤5)中获得的三次Ti-Mo合金铸锭平端面后，每两根头尾在真空自耗电弧炉中焊接，焊接材料为纯钛棒或海绵钛，进行四次Ti-Mo合金铸锭熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min，搅拌电流为600-1200转/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
上述步骤7)中，将步骤6)中获得的四次Ti-Mo合金铸锭头尾颠倒进行熔炼，熔化工艺为：起弧电流4500-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min；待行程熔化至四次铸锭高度70％时降低电流强度，搅拌电流为600-1200转/min，然后分阶段降低电流强度，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
本发明与现有技术相比的优点：
本方案针对现有技术的不足，提出了一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，该方法采用五次真空自耗铸锭熔炼，通过控制熔炼过程真空度、漏气率及熔炼完成冷却方式，降低铸锭O等杂质元素含量；采用二次铸锭后锻造成一次铸锭尺寸，为后续多次熔炼不放大锭型做准备，减少结晶器使用，降低成本；在第四、五次铸锭熔炼过程中通过搅拌电流方式进行熔炼，提高铸锭均匀性；在第五次铸锭熔炼过程中加入搅拌电流，提高铸锭均匀性，通过降低电流方式进行熔炼，减小铸锭缩孔、缩松，减小冒口尺寸，提高铸锭成材率。本发明可熔炼Ti-Mo二元合金Mo含量不低于35％，实现高含量难熔金属Mo的Ti-Mo合金制备，制备出的高Mo含量Ti-Mo合金铸锭合金成分均匀、波动小，且无Mo元素偏析及高密度夹杂。
具体实施方式
下面详述本发明的实施例。
实施例1：
一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)：将压制好的高Mo含量Ti-Mo合金电极块放入真空自耗电弧炉中焊接，形成焊接电极棒。其中，采用所述真空自耗电弧炉进行电极棒焊接，起弧材料为纯钛棒或海绵钛颗粒，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min。
步骤2)：将步骤1)中所述的焊接电极棒进行真空自耗电弧熔炼，形成一次Ti-Mo合金铸锭。其中，所述一次Ti-Mo合金铸锭的熔炼时：真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至20000A，电流增速2000A/min。
步骤3)：将步骤2)中获得的一次Ti-Mo合金铸锭每两根为一组，头尾相接进行第二次真空自耗电弧熔炼，形成二次Ti-Mo合金铸锭。
具体操作：在二次Ti-Mo合金铸锭熔炼之前，将一次Ti-Mo合金铸锭用车床车平端面，将两根一次Ti-Mo合金铸锭头尾在真空自耗电弧炉中焊接，焊接材料为纯钛棒或海绵钛。进行二次Ti-Mo合金铸锭熔炼时：真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
步骤4)：将步骤3)中获得的二次Ti-Mo合金铸锭车光表面，去除表面裂纹，然后进行锻造，锻造温度1100-1200℃，锻造成一次Ti-Mo合金铸锭规格，机加工车光表面氧化层，形成锻造后二次铸锭。
该工序采用二次铸锭后锻造成一次铸锭尺寸，为后续多次熔炼不放大锭型做准备，减少结晶器使用，降低成本。
步骤5)：将步骤4)中的锻造后二次铸锭在步骤3)中使用的结晶器中进行第三次真空自耗电弧熔炼，形成三次Ti-Mo合金铸锭。三次Ti-Mo合金铸锭熔炼时：真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
步骤6)：将步骤5)中形成的三次Ti-Mo合金铸锭每两根为一组，头尾相接，进行第四次真空自耗电弧熔炼，形成四次Ti-Mo合金铸锭；
具体操作：将步骤5)中获得的三次Ti-Mo合金铸锭平端面后，每两根头尾在真空自耗电弧炉中焊接，焊接材料为纯钛棒或海绵钛，进行四次Ti-Mo合金铸锭熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min，搅拌电流为600-1200转/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
步骤7)：将步骤6)中获得的四次Ti-Mo合金铸锭，头尾颠倒，进行第五次真空自耗电弧熔炼，形成五次Ti-Mo合金铸锭。
具体操作：将步骤6)中获得的四次Ti-Mo合金铸锭头尾颠倒进行熔炼，熔化工艺为：起弧电流4500-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min；待行程熔化至四次铸锭高度70％时降低电流强度，搅拌电流为600-1200转/min，然后分阶段降低电流强度，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
本发明在第四、五次铸锭熔炼过程中通过搅拌电流方式进行熔炼，提高铸锭均匀性。在第五次铸锭熔炼过程中不但加入搅拌电流，提高铸锭均匀性，而且通过降低电流方式进行熔炼，减小铸锭缩孔、缩松，减小冒口尺寸，提高铸锭成材率。
实施例2：
一种1吨级Ti-35Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，主要步骤如下：
步骤1)：将压制好的Ti-35Mo合金电极块，每块电极30Kg，每根电极棒由8块电极组成，放入真空自耗电弧炉中焊接，起弧材料为纯Ti棒，形成焊接电极棒；
步骤2)：将步骤1)中所述的焊接电极棒放入φ190mm水冷铜坩埚中进行真空自耗电弧熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流4500A，待熔池稳定后，逐渐上升至20000A，电流增速2000A/min；形成4根一次Ti-Mo合金铸锭；
步骤3)：将步骤2)中的一次Ti-Mo合金铸锭用车床平端面，将两根一次Ti-Mo合金铸锭头尾在真空自耗电弧炉中焊接，焊接材料纯Ti棒，进行二次铸锭熔炼，水冷铜坩埚规格为φ230mm，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流4500A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷，形成2根二次Ti-Mo合金铸锭；
步骤4)：将步骤3)获得二次Ti-Mo合金铸锭车光表面，然后进行锻造，锻造成一次Ti-Mo合金铸锭规格，车光表面氧化层，形成锻造后二次铸锭，锻造加热制度1200℃/4h，锻造后尺寸规格为φ190mm，然后在车床去除表面氧化层。
步骤5)：将步骤4锻造车光后的二次铸锭放入步骤3)中使用的φ230mm水冷铜坩埚中进行三次铸锭熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流4500A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷；
步骤6)：将步骤5)中形成的三次Ti-Mo合金铸锭用车床平端面，每两根为一组头尾在真空自耗电弧炉中相接，放入φ260mm水冷铜坩埚中进行第四次真空自耗电弧熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流4500A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min，搅拌电流为900转/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷，形成四次Ti-Mo合金铸锭；
步骤7)：将步骤6)中获得的四次Ti-Mo合金铸锭，头尾颠倒，放入φ300mm水冷铜坩埚中进行第五次真空自耗电弧熔炼，熔化工艺为：起弧电流4500A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min；待熔化至四次铸锭高度70％时降低电流强度，搅拌电流为600-1200转/min，然后分阶段降低电流强度，工艺见下表1，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷，形成五次Ti-Mo合金铸锭。
表1五次铸锭熔炼降电流工艺
Figure BDA0003078375250000081
本发明采用五次真空自耗铸锭熔炼，通过控制熔炼过程真空度、漏气率及熔炼完成冷却方式，降低铸锭O等杂质元素含量；本发明可熔炼Ti-Mo二元合金Mo含量不低于35％，实现高含量难熔金属Mo的Ti-Mo合金制备，制备出的高Mo含量Ti-Mo合金铸锭合金成分均匀、波动小，且无Mo元素偏析及高密度夹杂。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)：将压制好的高Mo含量Ti-Mo合金电极块放入真空自耗电弧炉中焊接，形成焊接电极棒；
步骤2)：将步骤1)中所述的焊接电极棒进行真空自耗电弧熔炼，形成一次Ti-Mo合金铸锭；
步骤3)：将步骤2)中获得的一次Ti-Mo合金铸锭每两根为一组，头尾相接进行第二次真空自耗电弧熔炼，形成二次Ti-Mo合金铸锭；
步骤4)：将步骤3)中获得的二次Ti-Mo合金铸锭车光表面，然后进行锻造，锻造成一次Ti-Mo合金铸锭规格，车光表面氧化层，形成锻造后二次铸锭；
步骤5)：将步骤4)中的锻造后二次铸锭进行第三次真空自耗电弧熔炼，形成三次Ti-Mo合金铸锭；
步骤6)：将步骤5)中形成的三次Ti-Mo合金铸锭每两根为一组，头尾相接，进行第四次真空自耗电弧熔炼，形成四次Ti-Mo合金铸锭；
步骤7)：将步骤6)中获得的四次Ti-Mo合金铸锭，头尾颠倒，进行第五次真空自耗电弧熔炼，形成五次Ti-Mo合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：上述步骤1)中，采用所述真空自耗电弧炉进行电极棒焊接，起弧材料为纯钛棒或海绵钛颗粒，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min。
3.根据权利要求1所述的一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述一次Ti-Mo合金铸锭的熔炼：真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至20000A，电流增速2000A/min。
4.根据权利要求1所述的一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：上述步骤3)中，在二次Ti-Mo合金铸锭熔炼之前，将一次Ti-Mo合金铸锭用车床车平端面，将两根一次Ti-Mo合金铸锭头尾在真空自耗电弧炉中焊接，焊接材料为纯钛棒或海绵钛；进行二次Ti-Mo合金铸锭熔炼时：真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
5.根据权利要求1所述的一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：上述步骤4)中，将步骤3)中获得的二次Ti-Mo合金铸锭车光表面，去除表面裂纹后进行锻造，锻造温度1100-1200℃，锻造成一次Ti-Mo合金铸锭规格，机加工去除表面氧化层。
6.根据权利要求1所述的一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：上述步骤5)中，将步骤4)中的锻造后二次铸锭在步骤3)中使用的结晶器中进行三次Ti-Mo合金铸锭熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至18000A，电流增速1000A/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
7.根据权利要求1所述的一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：上述步骤6)中，将步骤5)中获得的三次Ti-Mo合金铸锭平端面后，每两根头尾在真空自耗电弧炉中焊接，焊接材料为纯钛棒或海绵钛，进行四次Ti-Mo合金铸锭熔炼，真空度≤0.01Pa，漏气率≤0.01Pa/min，起弧电流范围：4500A-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min，搅拌电流为600-1200转/min，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
8.根据权利要求1所述的一种高Mo含量Ti-Mo合金均质铸锭真空自耗熔炼方法，其特征在于：上述步骤7)中，将步骤6)中获得的四次Ti-Mo合金铸锭头尾颠倒进行熔炼，熔化工艺为：起弧电流4500-5000A，待熔池稳定后，逐渐上升至16000A，电流增速500A/min；待行程熔化至四次铸锭高度70％时降低电流强度，搅拌电流为600-1200转/min，然后分阶段降低电流强度，熔炼完成后在真空自耗电弧炉中冷却至200℃以下出炉空冷。
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