CN113881871B - 一种Ti-W-Nb中间合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种Ti‑W‑Nb中间合金及其制备方法，该Ti‑W‑Nb中间合金的化学成分及重量百分比为：Nb 20％～30％，W 20％～30％、余量为Ti。该中间合金采用电子束炉熔炼制备，原材料种类包括海绵钛、Ti‑Nb中间合金、纯W粉等，该种钛钨铌中间合金熔点远低于钨金属单质熔点，采用本发明制备的中间合金用于含W钛合金和钛金属间化合物的熔炼制备，可以有效提高合金成分的均匀性和稳定性，降低难熔金属元素的偏析、夹杂等缺陷。

Description

一种Ti-W-Nb中间合金及其制备方法
技术领域
本发明是一种Ti-W-Nb中间合金及其制备方法，属于合金材料制备技术领域。
背景技术
钛合金及其金属间化合物可以通过合金化的方法对其微观组织和力学性能进行调控和优化，不同种类和含量的合金元素可以对抗氧化性能、强度、塑性、持久、蠕变等性能产生复杂影响，利用合金化的影响规律可以结合合金设计和需求进行选择性添加，获得满足需求条件的钛合金制品。除基体元素Al、Ti等，其它合金元素通常通过中间合金的方式添加到原材料中，常规合金元素Si、Mo、Zr等已有较为成熟的中间合金制品可以满足合金化制备钛合金的需求，但是对于一些高熔点的合金元素W、Ta等，其中间合金设计和制备仍存在较大难度。
发明内容
本发明针对上述现有技术状况，提出了一种Ti-W-Nb中间合金及其制备方法，其目的是制备出可供钛合金及其金属间化合物使用的含钨中间合金材料。
为实现上述目的，本发明提出了如下的技术方案：
本发明技术方案提出了一种Ti-W-Nb中间合金，该Ti-W-Nb中间合金的化学成分及重量百分比为：Nb 20%~30%，W 20%~30%、余量为Ti。该Ti-W-Nb中间合金中杂质的重量百分比小于0.5%。
本发明技术方案还提出一种上述Ti-W-Nb中间合金的制备方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、Ti-W-Nb中间合金的原材料选择与配制；
以海绵钛、Ti-Nb中间合金、纯钨粉为原材料并按配比称取；
步骤二、Ti-W-Nb中间合金的原材料混合与布置；
首先将Ti-Nb中间合金与纯钨粉充分混合均匀，纯钨粉均匀附着于片状Ti-Nb中间合金表面，加入原材料中40%~60%海绵钛后混合均匀，得到混合料，将剩余海绵钛均匀置于熔炼坩埚的底层，将混合料置于其上层，顶端留存2~5颗海绵钛预备引弧；
步骤三、Ti-W-Nb中间合金的电子束熔炼制备；
启动电子束熔炼炉，引弧成功后快速提升输入电流至500~1000A，在高能量输入条件下融化坩埚内的混合料，形成完全融化的稳定熔池，自然冷却形成合金锭；
步骤四、Ti-W-Nb中间合金的颗粒破碎制备；
对合金锭进行清洗、破碎、筛选，获得颗粒状的Ti-W-Nb中间合金。
在实施中，步骤一中所述的海绵钛要求为0级海绵钛，粒度2~12.7mm。
在实施中，步骤一中所述的Ti-Nb中间合金为薄片状，Nb元素的重量百分比含量为50%~70%。
在实施中，步骤一中所述的纯钨粉纯度≥99.99%，粒度5~20μm。
在实施中，步骤三中完全融化混合料形成完全融化的稳定熔池后，保持能量输入不少于5min后停止。
在实施中，步骤四中所获得的颗粒状的Ti-W-Nb中间合金的颗粒度为0.2~5mm。
本发明的特点及有益的技术效果在于：
本发明技术方案所提供的Ti-W-Nb中间合金，能够满足实际科研生产和工程应用过程中对含W钛合金及其金属间化合物的熔炼制备需求，本发明所制备的Ti-W-Nb中间合金熔点约为2000~2500℃，远低于钨单质的熔点3300~3500℃，在钛合金及其金属间化合物的制备过程中，以该种Ti-W-Nb中间合金的方式加入可以避免熔点差异过大导致的熔炼电流不稳定现象，同时进一步提升了制备合金的成分均匀性和稳定性，有效降低难熔金属元素的偏析、夹杂等缺陷产生，并且不存在铝合金元素的易挥发和烧损的问题。
具体实施
以下将结合实施例对本发明作进一步详细说明。
该种Ti-W-Nb中间合金的制备过程的步骤如下：
步骤一、Ti-W-Nb中间合金成分设计：
所设计的Ti-W-Nb中间合金为一种颗粒状三元中间合金，其合金的化学成分组成按重量百分比合金为：Nb 25%、W 25%、杂质元素小于0.5%，余量为Ti；
步骤二、以海绵钛、Ti-Nb中间合金、纯钨粉为原材料，原材料的称量混合比例按重量百分比为：海绵钛10%，Ti-Nb中间合金41%，纯W粉49%。其中，海绵钛要求为0级海绵钛，粒度2~12.7mm；Ti-Nb中间合金为薄片状，Nb含量重量百分比60.1%，其余为Ti；纯钨粉纯度≥99.9%，粒度5~20μm；
步骤三、Ti-W-Nb中间合金的原材料混合与布置：
首先将Ti-Nb中间合金与纯钨粉充分混合均匀，纯钨粉均匀附着于片状Ti-Nb中间合金表面，加入原材料中40%~60%海绵钛进一步混合均匀留存做为混合料；
将剩余海绵钛均匀置于熔炼坩埚的底层，将混合料置于其上层，顶端留存2~5颗海绵钛预备引弧。
步骤四、Ti-W-Nb中间合金的电子束熔炼制备：
启动电子束熔炼炉，引弧成功后快速提升输入电流至700A，在高能量输入条件下融化坩埚内混合原材料，形成完全融化的稳定熔池，保持能量输入5min后停止，自然冷却形成合金锭；
步骤五、Ti-W-Nb中间合金的颗粒破碎制备：
重复上述过程，积累中间合金锭，进行清洗、破碎、筛选工序，获得0.2~5mm颗粒度的Ti-W-Nb中间合金，核验成分Nb合金元素25.6%、W合金元素24.8%、Ti合金元素49.8%，杂质合金元素≤0.2%。

Claims (3)

1.一种Ti-W-Nb中间合金的制备方法，其特征在于：该Ti-W-Nb中间合金的化学成分及重量百分比为：Nb 20%~30%，W 20%~30%、余量为Ti，该Ti-W-Nb中间合金中杂质的重量百分比小于0.5%，其制备方法的步骤如下：
步骤一、Ti-W-Nb中间合金的原材料选择与配制；
以海绵钛、Ti-Nb中间合金、纯钨粉为原材料并按配比称取，其中：
海绵钛要求为0级海绵钛，粒度为2~12.7mm；
Ti-Nb中间合金为薄片状，Nb元素的重量百分比含量为50%~70%；
纯钨粉纯度≥99.99%，粒度为5~20μm；
步骤二、Ti-W-Nb中间合金的原材料混合与布置；
首先将Ti-Nb中间合金与纯钨粉充分混合均匀，纯钨粉均匀附着于片状Ti-Nb中间合金表面，然后加入原材料中40%~60%海绵钛后混合均匀，得到混合料，再将剩余海绵钛均匀置于熔炼坩埚的底层，并将混合料置于其上层，顶端留存2~5颗海绵钛预备引弧；
步骤三、Ti-W-Nb中间合金的电子束熔炼；
启动电子束熔炼炉，引弧成功后快速提升输入电流至500~1000A，在高能量输入条件下融化坩埚内的混合料，形成完全融化的稳定熔池，自然冷却形成合金锭；
步骤四、Ti-W-Nb中间合金的颗粒破碎；
对合金锭进行清洗、破碎、筛选，获得颗粒状的Ti-W-Nb中间合金。
2.根据权利要求1所述的Ti-W-Nb中间合金的制备方法，其特征在于：步骤三中完全融化混合料形成完全融化的稳定熔池后，保持能量输入不少于5min后停止。
3.根据权利要求1所述的Ti-W-Nb中间合金的制备方法，其特征在于：步骤四中所获得的Ti-W-Nb中间合金的颗粒度为0.2~5mm。
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