CN115747543B - 一种提高钛合金铸锭表面质量的方法 - Google Patents
一种提高钛合金铸锭表面质量的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115747543B CN115747543B CN202211414459.7A CN202211414459A CN115747543B CN 115747543 B CN115747543 B CN 115747543B CN 202211414459 A CN202211414459 A CN 202211414459A CN 115747543 B CN115747543 B CN 115747543B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ingot
- smelting
- crystallizer
- less
- equal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 134
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 36
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 51
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- NGONBPOYDYSZDR-UHFFFAOYSA-N [Ar].[W] Chemical compound [Ar].[W] NGONBPOYDYSZDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 6
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 2
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 claims 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 2
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 235000021251 pulses Nutrition 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，包括如下步骤：S1、选择海绵钛，混合中间合金压制为多个电极块；S2、将S1获得的多个电极块焊接形成自耗电极；S3、将S2中的得到的自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，获得成品铸锭；S4、将S3中获得的成品铸锭进行表面切削，去除表面气孔。该方法提高成品熔炼过程的熔池到边情况和稳定性，实现了钛合金铸锭表面质量的提升。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种提高钛合金铸锭表面质量的方法。
背景技术
钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。目前，钛合金使用范围受限的主要原因是其成本太高，价格是钢铁价格的近17倍左右，是铝合金价格的4.5倍左右。如果钛合金的成本能明显降低，将大大拉动其在航空、航天领域的应用，特别是在海洋工程领域和兵器装备领域，由于钛合金良好的耐腐蚀性将有可能部分替代不锈钢产品。造成钛合金成本偏高的原因之一是其成品率较低，在航空领域，钛合金铸锭的80％至90％变成了切屑之类的钛废料。因此，如何提高钛合金成品率，特别是每个工序的切屑比例是非常重要的工作。为了降低铸锭的切屑比例，必须提高钛合金铸锭的表面质量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，提高了电弧分布的均匀性，解决了电弧不均匀导致的热量分布不均匀和冷隔问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，包括如下步骤：
S1、选择海绵钛，混合中间合金压制为多个电极块；
S2、将S1获得的多个电极块焊接形成自耗电极；
S3、将S2中的得到的自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，获得成品铸锭；
S4、将S3中获得的三次锭进行表面切削，去除表面气孔，得到成品铸锭。
进一步地，所述S1的海绵钛中氧元素的质量百分比＜0.05％，镁元素的质量百分比＜0.005％，碳元素的质量百分比＜0.01％，氯元素的质量百分比＜0.06％，所述海绵钛包括粗海绵钛和细海绵钛粉，所述粗海绵钛的含量≥95％，所述细海绵钛粉的含量＜5％，所述粗海绵钛粉的粒径为0.83～25.4mm，所述细海绵钛粉的粒径＜0.83mm。
进一步地，所述S1具体方法如下：
S11、取90％的粗海绵钛与中间合金按照合金配比要求在三维混料器中混合后，倒入油压机模腔；
S12、取10％的粗海绵钛与细海绵钛粉在V型混料器中混合2h后，将混合物倒入油压机模腔，经过压制得到梯形电极块，将梯形电极块的底面两两接触，得到电极块，实现细海绵钛粉主要分布在梯形电极块的上表面。
进一步地，所述S2中多个电极块的焊接在非钨极氩气保护等离子焊箱内进行，其中，焊前真空度≤10Pa，充氩压力≥60000Pa，焊接电流为200～1000A，焊接电压为20～100V，焊后冷却时间≥20min。
进一步地，所述S3的三次真空自耗电弧熔炼具体包括如下步骤：
S31、第一次熔炼：采用的结晶器规格Φ360～Φ720mm，自耗电极外径与结晶器内径之比保持在0.67～0.72，熔炼前真空度≤5.0Pa，漏气率≤1.2Pa/min，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30kA，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后得到一次锭；
S32、第二次熔炼：采用的结晶器规格Φ460～Φ860mm，熔炼前真空度≤5.0Pa，漏气率≤1.0Pa/min，熔炼电压为30～45V，熔炼电流为10～30kA，稳弧电流采用直流为5～30A，熔炼后得到二次锭，所述二次锭在48h内完成机加处理，随后存放于设定温度150℃以上的烘箱中；
S33、第三次熔炼：采用的结晶器规格Φ520～Φ920mm，自耗电极外径与结晶器内径之比保持在0.88～0.93，熔炼前真空度为1.0Pa，漏气率为0.8Pa/min，熔炼电压为25～45V，熔炼电流为8～30kA；稳弧电流采用交流为8～25A，稳弧周期3～8s，熔炼后得到三次锭。
进一步地，所述S31中的第一次熔炼获得的一次锭出炉后使用铸锭清洗机清洗铸锭表面，通过红外测温仪测量铸锭温度，如果铸锭温度≥200℃，则清洗时间保持在2.5±0.5min，如果铸锭温度＜200℃，则清洗时间保持在1.5±0.5min，清洗完成后立即使用压缩空气将铸锭表面清理干净。
进一步地，所述S31中使用铸锭清洗机清洗铸锭表面的方法为：
S311、先打开电动门，将第一次熔炼获得的一次锭吊入至铸锭清洗机中两个平行设置的托辊装置的中间上方，所述托辊装置固定在机架的顶端；
S312、打开控制柜按钮，托辊动力头带动托辊装置旋转，从而使得托辊装置带动一次锭旋转，一次锭旋转的同时，刷头旋转并沿轨道轴向移动，位于刷头上方的喷水装置随刷头同步行进，所述刷头上的刷毛与一次锭接触，在刷洗铸锭的过程中，通过一次锭、刷头旋转，实现一次锭在圆周方向的刷磨，通过刷头的轴向移动实现一次锭的轴向刷磨。
进一步地，所述刷头设置在位于铸锭清洗机一侧的刷头进给装置上，所述托辊动力头设置在托辊装置的一端，所述托辊装置的转速为20～80r/min，所述刷头的转速为600～800r/min。
进一步地，所述S33中的第三次熔炼在装炉前使用结晶器清洗机对结晶器内壁进行清洗，所述清洗机的刷头为装配可调直径式，清洗时在结晶器内壁上喷涂润滑油，清洗完成后使用烘干机将结晶器内壁烘干，所述结晶器为黄铜合金，所述结晶器的壁厚为50mm±10mm。
进一步地，所述S33中的第三次熔炼前，在结晶器外侧增加可产生脉冲式水平磁场装置，所述水平磁场装置对称均匀地分布于结晶器四周，所述水平磁场产生的电流为5～15A，周期为3～8s。
进一步地，所述S4中对成品铸锭进行表面切削所用到的车床为卧式车床，第一刀切削深度≤5mm。
进一步地，所述钛合金铸锭的规格为Φ520～Φ920mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过严格控制原材料品质，采用混料与布料结合的方式，将细海绵钛粉主要分布在电极块的上表面，通过合理控制电极块中不同粒度海绵钛的分布，更有利于熔炼过程中的脱气和去除杂质。
2.选择第一次熔炼时自耗电极和结晶器的比例，在第一次熔炼时保证气体和杂质的充分排出；
3.根据一次锭出炉后的温度，选择合理的清洗时间，在保证清洗效果的同时保证铸锭表面无水汽附着；控制第二次熔炼后铸锭的机加时间，在机加完成后及时放入烘箱，保持二次锭自身蓄热，有利于第三次熔炼的熔池到边，合理设计结晶器材质和尺寸，提高熔炼过程中结晶器内部的蓄热能力；
4.在第三次熔炼前以喷涂润滑油的方式清理结晶器内壁，保证结晶器内部清洁；
5.设计合理的第三次熔炼时二次锭和结晶器直径，提高熔池到边效果；设定合理的纵向稳弧参数，增加合理的水平磁场，提高成品熔炼过程的熔池到边情况和稳定性，解决了冷却过快导致的冷隔问题，实现了钛合金铸锭表面质量的提升；
6.对于TC4类钛合金而言，控制其成品熔炼时的电压从而提高其电弧分布的均匀性，解决了电弧不均匀导致的热量分布不均匀和冷隔问题。
本发明中，通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是常规方法制备的Φ520mm规格Ti45Nb铸锭表面图；
图2是本发明实施例1的方法制备的Φ520mm规格Ti45Nb铸锭表面图；
图3是常规方法制备的Φ720mm规格TC4铸锭表面图；
图4是本发明实施例2方法制备的Φ720mm规格TC4铸锭表面图；
图5是常规方法制备的Φ920mm规格TC4铸锭表面图；
图6是本发明实施例3方法制备的Φ920mm规格TC4铸锭表面图；
图7是本发明中第一次熔炼获得的铸锭出炉后使用的清洗机结构主视图；
图8是本发明中第一次熔炼获得的铸锭出炉后使用的清洗机结构左视图；
其中；1、一次锭；2、托辊装置；3、机架；4、托辊动力头；5、刷头；6、轨道；7、刷头进给装置；8、电动门。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，包括如下步骤：
步骤1、选择海绵钛，混合中间合金压制为多个电极块，海绵钛中氧元素的质量百分比＜0.05％，镁元素的质量百分比＜0.005％，碳元素的质量百分比＜0.01％，氯元素的质量百分比＜0.06％，海绵钛包括粗海绵钛和细海绵钛粉，粗海绵钛的含量≥95％，细海绵钛粉的含量＜5％，粗海绵钛的粒径为0.83～25.4mm，细海绵钛的粒径＜0.83mm；
先取90％的粗海绵钛与中间合金按照合金配比要求在三维混料器中混合后，倒入油压机模腔；再取10％的粗海绵钛与细海绵钛粉在V型混料器中混合2h后，将混合物倒入油压机模腔，经过压制得到梯形电极块，将梯形电极块的底面两两接触，得到电极块；实现细海绵钛粉主要分布在梯形电极块的上表面；取10％的粗海绵钛与细海绵钛粉混合，避免了细海绵钛粉之间结合力差的问题，防止了熔炼过程中出现掉块问题。
步骤2、将步骤1获得的多个电极块在非钨极氩气保护等离子焊箱内焊接形成自耗电极；其中，焊前真空度≤10Pa，充氩压力≥60000Pa，焊接电流为200～1000A，焊接电压为20～100V，焊后冷却时间≥20min。
步骤3、将步骤2中的得到的自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，获得成品铸锭：
第一次熔炼：采用的结晶器规格Φ360～Φ720mm，自耗电极外径与结晶器内径之比保持在0.67～0.72，熔炼前真空度≤5.0Pa，漏气率≤1.2Pa/min，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30kA，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后得到一次锭1；
第一次熔炼获得的一次锭1出炉后使用铸锭清洗机清洗铸锭表面，通过红外测温仪测量铸锭温度，如果铸锭温度≥200℃，则清洗时间保持在2.5±0.5min，如果铸锭温度＜200℃，则清洗时间保持在1.5±0.5min，清洗完成后立即使用压缩空气将铸锭表面清理干净。
具体地，使用铸锭清洗机清洗铸锭表面的方法为：
先打开电动门8，将第一次熔炼获得的一次锭1吊入至铸锭清洗机中两个平行设置的托辊装置2的中间上方，所述托辊装置2固定在机架3的顶端；
再打开控制柜按钮，托辊动力头4带动托辊装置2旋转，从而使得托辊装置2带动一次锭1旋转，一次锭1旋转的同时，刷头5旋转并沿轨道6轴向移动，位于刷头5上方的喷水装置随刷头5同步行进，所述刷头5上的刷毛与一次锭1接触，在刷洗铸锭的过程中，通过一次锭1、刷头5旋转，实现一次锭1在圆周方向的刷磨，通过刷头5的轴向移动实现一次锭1的轴向刷磨，刷头5设置在位于铸锭清洗机一侧的刷头进给装置7上，托辊动力头4设置在托辊装置2的一端，所述托辊装置2的转速为20～80r/min，刷头的转速为600～800r/min。
第二次熔炼：采用的结晶器规格Φ460～Φ860mm，熔炼前真空度≤5.0Pa，漏气率≤1.0Pa/min，熔炼电压为30～45V，熔炼电流为10～30kA，稳弧电流采用直流为5～30A，熔炼后得到二次锭，所述二次锭在48h内完成机加处理，随后存放于设定温度150℃以上的烘箱中；
第三次熔炼：先在装炉前使用结晶器清洗机对结晶器内壁进行清洗，清洁机的刷头为装配可调直径式，清洗时在结晶器内壁上喷涂润滑油，清洗完成后使用烘干机将结晶器内壁烘干，结晶器为黄铜合金，结晶器的壁厚为50mm±10mm；第三次熔炼前在结晶器外侧增加可产生脉冲式水平磁场装置，水平磁场装置对称均匀地分布于结晶器四周，水平磁场产生的电流为5～15A，周期为3～8s。采用的结晶器规格Φ520～Φ920mm，二次锭外径与结晶器内径之比保持在0.88～0.93，熔炼前真空度为1.0Pa，漏气率为0.8Pa/min，熔炼电压为25～45V，熔炼电流为8～30kA；稳弧电流采用交流为8～25A，稳弧周期3～8s，熔炼后得到三次锭。
步骤4、将步骤3中获得的三次锭进行表面切削，去除表面气孔，得到成品铸锭，切削所用到的车床为卧式车床，第一刀切削深度≤5mm；成品钛合金铸锭的规格为Φ520～Φ920mm。
通过上述方式，本发明的提高钛合金铸锭表面质量的方法经过优选海绵钛，由于杂质元素的含量降低，本身气体含量少，不容易吸附空气中的水汽，因而降低了熔炼过程中的脱气难度；采用混、布料结合的方式，将细海绵钛粉主要分布在电极块的上表面，由于气体、杂质大部分集中在细海绵钛粉中，将细海绵钛粉主要分布于电极块上表面，就避免了铸锭中间的气体及杂质存在，更有利于熔炼过程中的脱气和去除杂质。
第一次熔炼选择小直径自耗电极、大结晶器，在熔炼过程中高饱和蒸汽压的氧、氮、氢、氯化镁等气体杂质有充足的排气通道，可保证原材料中气体的充分排出；第一次熔炼获得铸锭表面难免会附着灰状物，如不彻底清理易吸附空气中的水气，在后续熔炼中形成气孔。因此，第一次熔炼铸锭出炉后立即使用专用的铸锭清洗机清洗铸锭，根据一次锭出炉的温度，选择合理的清洗时间，在保证清洗效果的同时保证铸锭表面无水汽附着。
控制第二次熔炼后铸锭的机加时间，在机加完成后及时放入烘箱，保持二次锭自身蓄热，有利于第三次熔炼的熔池到边。合理设计的结晶器材质和尺寸，提高熔炼过程中结晶器内部的蓄热能力；经过前两次熔炼的控制，原材料和物料吸潮引入的气孔风险已大大降低。但是，由于自耗电极和结晶器不匹配，结晶器内壁吸附的水汽，熔炼工艺不合适等，导致最终产出铸锭表面产生大量的气孔和折叠。
在第三次熔炼时选择二次锭外径与结晶器内径的比例保持在0.88～0.93范围内，提高熔池到边情况；结晶器由常规的紫铜材质优化为黄铜材质，降低热导率，提高熔池内部的蓄热量；装炉前结晶器内壁喷涂少量润滑油进行清洗，清洗完成后使用烘干机将结晶器内壁烘干，降低熔炼过程中结晶器内壁的水汽卷入熔池形成气孔的风险；
采用小稳弧周期的熔炼工艺，一方面防止搅拌过强导致熔池晃动幅度大将结晶器表面残余的微量水汽卷入熔池，另一方面防止稳弧周期长导致的弧光长期停留在一侧导致的周期性冷隔问题。
增加水平磁场可以实现纵向的搅拌，保证熔池上部和下部的熔体充分混合，提高熔池温度的均匀性，最终获得表面质量优异的成品铸锭。对于TC4类钛合金而言，控制其成品熔炼时的电压从而提高其电弧分布的均匀性，解决了电弧不均匀导致的热量分布不均匀和冷隔问题。
下面结合具体的工艺处理过程进行说明：
实施例1
步骤1、选择高品质海绵钛压制为钛电极块，采用多次电子束熔炼获得铌锭，将铌锭经锻打获得铌棒，钛电极块上成型有贯穿其两端的凹槽，具体地，将多块钛电极块依次排列布料形成长条状的凹槽，且具有凹槽的一面朝上，将铌棒放置在长条状的凹槽中，再在排列好的钛电极块上覆盖与之对应的钛电极块，形成铌棒外周面上包裹钛电极块的结构。
步骤2、将步骤1获得的电极块在外，铌棒在内的组合方式，在非钨极氩气保护等离子箱焊接为外径为250mm的自耗电极，要求焊前真空度≤10Pa，充氩压力≥60000Pa，焊接电流为200～400A，焊接电压为20～40V，焊后冷却时间≥20min。
步骤3、将步骤2中获得的自耗电极经三次真空自耗电弧熔炼：
第一次熔炼结晶器规格Φ360mm，自耗电极与结晶器的比例为0.69，熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流15～20kA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间≥3小时，第一次熔炼获得的铸锭出炉后温度为150℃，使用专用的铸锭清洗机清洗铸锭表面1.5min，去除表面挥发物。
第二次熔炼结晶器规格Φ460mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA，漏气率≤1.0Pa/min，稳弧电流采用交流5～20A，熔炼后冷却时间≥4小时，二次锭机加完成后放置于150℃的烘箱内，放置时间≥24h。
第三次熔炼结晶器规格Φ520mm，二次锭外径与结晶器内径的比例为0.88。装炉前结晶器内壁喷涂少量润滑油进行表面清洗，清洗完成后使用烘干机将结晶器内壁烘干。熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流8～30kA；漏气率0.8Pa/min，稳弧电流采用交流8～25A之间，稳弧周期为3s；水平磁场的电流为5A，周期为3s，熔炼后冷却时间≥5小时。
步骤4、采用卧式车床进行铸锭表面机加，要求第一刀切削深度≤5mm，获得表面无气孔的光洁铸锭后停止切削。
分析本实施例熔炼获得的Φ520mm规格的Ti45Nb合金铸锭，如图1、图2所示，图1是常规方法制备的Φ520mm规格Ti45Nb铸锭表面图，图2是本发明方法制备的Φ520mm规格Ti45Nb铸锭表面图，从图中可以看出，图2所示铸锭表面质量良好、基本无折叠，明显优于图1中常规方法制备的铸锭表面质量。
表1为5炉常规方法和5炉本发明方法制备铸锭屑重，由表1可知，本发明方法的屑重平均下降28kg/锭。
表1常规方法和本发明方法制备Φ520mm规格的Ti45Nb铸锭屑重对比
实施例2
步骤1、选择高品质海绵钛、V55Al和Al豆混合压制为梯形电极块。
步骤2、将步骤1获得的电极块组合，在非钨极氩气保护等离子箱焊接为外径为420mm的自耗电极，要求焊前真空度≤10Pa，充氩压力≥60000Pa，焊接电流为400～600A，焊接电压为40～60V，焊后冷却时间≥20min。
步骤3、将步骤2中获得的自耗电极经三次真空自耗电弧熔炼：
第一次熔炼结晶器规格Φ580mm，自耗电极与结晶器的比例为0.72。熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30kA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间≥6小时。第一次熔炼获得的铸锭出炉后铸锭温度为220℃，使用专用的铸锭清洗机清洗铸锭表面2.5min，去除表面挥发物。
第二次熔炼结晶器规格Φ660mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA；漏气率≤1.0Pa/min，稳弧电流采用交流5～20A，熔炼后冷却时间≥6小时，二次锭机加完成后放置于160℃的烘箱内，放置时间33h。
第三次熔炼结晶器规格Φ720mm，二次锭外径与结晶器内径的比例为0.92。装炉前结晶器内壁喷涂少量润滑油进行表面清洗，清洗完成后使用烘干机将结晶器内壁烘干。熔前真空1.0Pa，熔炼电压25～32V，熔炼电流8～30kA；漏气率0.8Pa/min，稳弧电流采用交流8～25A之间，稳弧周期为5s；水平磁场的电流为6A，周期为6s，熔炼后冷却时间≥6小时。
步骤4、采用卧式车床进行铸锭表面机加，要求第一刀切削深度≤5mm，获得表面无气孔的光洁铸锭后停止切削。
分析本实施例熔炼获得的Φ720mm规格的TC4合金铸锭，如图3、图4所示，图3是常规方法制备的Φ720mm规格TC4铸锭表面图，图4是本发明方法制备的Φ720mm规格TC4铸锭表面图，其铸锭表面质量良好、基本无折叠、较光亮无气孔，明显优于图3常规方法制备的铸锭表面质量。
表2为5炉常规方法和5炉本发明方法制备铸锭屑重，由表2可知本发明方法屑重平均下降61kg/锭。
表2常规方法和本发明方法制备Φ720mm规格的TC4铸锭屑重对比
实施例3
步骤1、选择高品质海绵钛、V55Al和Al豆混合压制为梯形电极块。
步骤2、将步骤1获得的电极块组合，在非钨极氩气保护等离子箱焊接为外径为480mm的自耗电极，要求焊前真空度≤10Pa，充氩压力≥60000Pa，焊接电流为600～1000A，焊接电压为60～100V，焊后冷却时间≥20min。
步骤3、将步骤2中获得的自耗电极经三次真空自耗电弧熔炼：
第一次熔炼结晶器规格Φ720mm，自耗电极与结晶器的比例为0.67。熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30kA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流10～18A，熔炼后冷却时间大于等于5小时。第一次熔炼获得的铸锭出炉后温度为280℃，使用专用的铸锭清洗机清洗铸锭表面3min，去除表面挥发物。
第二次熔炼结晶器规格Φ860mm，熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA；漏气率≤1.0Pa/min，稳弧电流采用交流5～30A，熔炼后冷却时间≥8小时，二次锭机加完成后放置于150℃的烘箱内，放置时间45h。
第三次熔炼结晶器规格Φ920mm，二次锭外径与结晶器内径的比例为0.93。装炉前结晶器内壁喷涂少量润滑油进行表面清洗，清洗完成后使用烘干机将结晶器内壁烘干。熔前真空1.0Pa，熔炼电压28～35V，熔炼电流8～30kA；漏气率0.8Pa/min，稳弧电流采用交流10～30A之间，稳弧周期为8s；水平磁场的电流为15A，周期为8s，熔炼后冷却时间大于等于8小时。
步骤4、采用卧式车床进行铸锭表面机加，要求第一刀切削深度≤5mm，获得表面无气孔的光洁铸锭后停止切削。
分析本实施例熔炼的Φ920mm规格的TC4合金铸锭，如图5、图6所示，图5是常规方法制备的Φ920mm规格TC4铸锭表面图，图6是本发明方法制备的Φ920mm规格TC4铸锭表面图，其铸锭表面质量良好、基本无折叠，明显优于图5常规方法制备的铸锭表面质量。
表3为5炉常规方法和5炉本发明方法制备铸锭屑重，由表3可知本发明方法屑重平均下降64kg/锭。
表3常规方法和本发明方法制备Φ920mm规格的TC4铸锭屑重对比
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (6)
1.一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选择海绵钛，混合中间合金压制为多个电极块；
其中，所述S1具体方法如下：
S11、取90％的粗海绵钛与中间合金按照合金配比要求在三维混料器中混合后，倒入油压机模腔；
S12、取10％的粗海绵钛与细海绵钛粉在V型混料器中混合2h后，将混合物倒入油压机模腔，经过压制得到梯形电极块，将梯形电极块的底面两两接触，得到电极块；
S2、将S1获得的多个电极块焊接形成自耗电极；
S3、将S2中的得到的自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，获得成品铸锭；
其中，所述S3的三次真空自耗电弧熔炼具体包括如下步骤：
S31、第一次熔炼：采用的结晶器规格Φ360～Φ720mm，自耗电极外径与结晶器内径之比保持在0.67～0.72，熔炼前真空度≤5.0Pa，漏气率≤1.2Pa/min，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30kA，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后得到一次锭(1)；
S32、第二次熔炼：采用的结晶器规格Φ460～Φ860mm，熔炼前真空度≤5.0Pa，漏气率≤1.0Pa/min，熔炼电压为30～45V，熔炼电流为10～30kA，稳弧电流采用直流为5～30A，熔炼后得到二次锭，所述二次锭在48h内完成机加处理，随后存放于设定温度150℃以上的烘箱中；
S33、第三次熔炼：采用的结晶器规格Φ520～Φ920mm，自耗电极外径与结晶器内径之比保持在0.88～0.93，熔炼前真空度为1.0Pa，漏气率为0.8Pa/min，熔炼电压为25～45V，熔炼电流为8～30kA；稳弧电流采用交流为8～25A，稳弧周期3～8s，熔炼后得到三次锭；
所述S33中的第三次熔炼在装炉前使用结晶器清洗机对结晶器内壁进行清洗，所述清洗机的刷头为装配可调直径式，清洗时在结晶器内壁上喷涂润滑油，清洗完成后使用烘干机将结晶器内壁烘干，所述结晶器为黄铜合金，所述结晶器的壁厚为50mm±10mm；
所述S33中的第三次熔炼前，在结晶器外侧增加可产生脉冲式水平磁场装置，所述水平磁场装置对称均匀地分布于结晶器四周，所述水平磁场产生的电流为5～15A，周期为3～8s；
S4、将S3中获得的三次锭进行表面切削，去除表面气孔，得到成品铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述S1的海绵钛中氧元素的质量百分比＜0.05％，镁元素的质量百分比＜0.005％，碳元素的质量百分比＜0.01％，氯元素的质量百分比＜0.06％，所述海绵钛包括粗海绵钛和细海绵钛粉，所述粗海绵钛的含量≥95％，所述细海绵钛粉的含量＜5％，所述粗海绵钛的粒径为0.83～25.4mm，所述细海绵钛的粒径＜0.83mm。
3.根据权利要求1所述的一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述S2中多个电极块的焊接在非钨极氩气保护等离子焊箱内进行，其中，焊前真空度≤10Pa，充氩压力≥60000Pa，焊接电流为200～1000A，焊接电压为20～100V，焊后冷却时间≥20min。
4.根据权利要求1所述的一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述S31中的第一次熔炼获得的一次锭(1)出炉后使用铸锭清洗机清洗铸锭表面，通过红外测温仪测量铸锭温度，如果铸锭温度≥200℃，则清洗时间保持在2.5±0.5min，如果铸锭温度＜200℃，则清洗时间保持在1.5±0.5min，清洗完成后立即使用压缩空气将铸锭表面清理干净。
5.根据权利要求4所述的一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述S31中使用铸锭清洗机清洗铸锭表面的方法为：
S311、先打开电动门(8)，将第一次熔炼获得的一次锭(1)吊入至铸锭清洗机中两个平行设置的托辊装置(2)的中间上方，所述托辊装置(2)固定在机架(3)的顶端；
S312、打开控制柜按钮，托辊动力头(4)带动托辊装置(2)旋转，从而使得托辊装置(2)带动一次锭(1)旋转，一次锭(1)旋转的同时，刷头(5)旋转并沿轨道(6)轴向移动，位于刷头(5)上方的喷水装置随刷头(5)同步行进，所述刷头(5)上的刷毛与一次锭(1)接触，在刷洗铸锭的过程中，通过一次锭(1)、刷头(5)旋转，实现一次锭(1)在圆周方向的刷磨，通过刷头(5)的轴向移动实现一次锭(1)的轴向刷磨。
6.根据权利要求5所述的一种提高钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述刷头(5)设置在位于铸锭清洗机一侧的刷头进给装置(7)上，所述托辊动力头(4)设置在托辊装置(2)的一端，所述托辊装置(2)的转速为20～80r/min，所述刷头的转速为600～800r/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211414459.7A CN115747543B (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 一种提高钛合金铸锭表面质量的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211414459.7A CN115747543B (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 一种提高钛合金铸锭表面质量的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115747543A CN115747543A (zh) | 2023-03-07 |
| CN115747543B true CN115747543B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=85369844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211414459.7A Active CN115747543B (zh) | 2022-11-11 | 2022-11-11 | 一种提高钛合金铸锭表面质量的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115747543B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013252550A (ja) * | 2012-06-08 | 2013-12-19 | Kobe Steel Ltd | チタン鋳塊の製造方法 |
| CN110863119A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-03-06 | 湖南金天钛业科技有限公司 | 一种提高tc17钛合金铸锭质量的熔炼方法 |
| CN111304463A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-19 | 中铝沈阳有色金属加工有限公司 | 一种高纯度钛铸锭的真空自耗熔炼方法 |
| CN212442266U (zh) * | 2020-05-08 | 2021-02-02 | 西安新秦东冶金技术有限责任公司 | 一种圆柱形铸锭表面清洗装置 |
| CN113957278A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-21 | 西部钛业有限责任公司 | 一种ta22钛合金铸锭的制备方法 |
| CN114250368A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-29 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种提高钛铌合金熔炼过程稳定性的方法 |
| CN115029570A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-09 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种钛铌合金铸锭的制备方法 |
-
2022
- 2022-11-11 CN CN202211414459.7A patent/CN115747543B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013252550A (ja) * | 2012-06-08 | 2013-12-19 | Kobe Steel Ltd | チタン鋳塊の製造方法 |
| CN110863119A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-03-06 | 湖南金天钛业科技有限公司 | 一种提高tc17钛合金铸锭质量的熔炼方法 |
| CN111304463A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-19 | 中铝沈阳有色金属加工有限公司 | 一种高纯度钛铸锭的真空自耗熔炼方法 |
| CN212442266U (zh) * | 2020-05-08 | 2021-02-02 | 西安新秦东冶金技术有限责任公司 | 一种圆柱形铸锭表面清洗装置 |
| CN113957278A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-21 | 西部钛业有限责任公司 | 一种ta22钛合金铸锭的制备方法 |
| CN114250368A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-29 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种提高钛铌合金熔炼过程稳定性的方法 |
| CN115029570A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-09-09 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种钛铌合金铸锭的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 马兰 等.《钒钛材料》.冶金工业出版社,2020,127. * |
| 黎文献.《有色金属材料工程概论》.冶金工业出版社,2007,211-212. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115747543A (zh) | 2023-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108326427B (zh) | 一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法 | |
| CN107502751B (zh) | 一种用屑状和板状纯钛残料熔炼回收获得ta2扁锭的方法 | |
| CA1301463C (en) | Process and apparatus for introducing metal chips into a molten bath thereof | |
| CN1186137C (zh) | 液－固相异种金属轧制复合方法及设备 | |
| US3072982A (en) | Method of producing sound and homogeneous ingots | |
| CN106834697B (zh) | 一种tc4钛合金残料的回收方法 | |
| CN106048380B (zh) | 一种高熵合金基复合涂层及其制备方法 | |
| CN110527843B (zh) | 一种高铌钛合金均质铸锭的制备方法 | |
| CN111230131B (zh) | 一种钛粉的制备方法及由其制备的钛粉和用途 | |
| CN108359808A (zh) | 采用高比例钛残料制备大规格tc4钛合金铸锭的方法 | |
| CN1943992A (zh) | 一种锌合金喷丸及其制备方法 | |
| US4305451A (en) | Electroslag remelting and surfacing apparatus | |
| CN115747543B (zh) | 一种提高钛合金铸锭表面质量的方法 | |
| CN113512657A (zh) | 一种高均匀含硼钛合金铸锭的制备方法 | |
| US4108644A (en) | Manufacture of reactive metals and alloys | |
| CN111676410A (zh) | 一种高强高韧CoFeNiTiV高熵合金及其制备方法 | |
| CN110423904B (zh) | 一种电子束熔炼均质化高纯化制备Ni-Cr-Co-Fe-Mn高熵合金的方法 | |
| WO1997049837A1 (en) | Processing of electroslag refined metal | |
| JP2010037651A (ja) | 真空アーク溶解法によるチタンインゴットの製造方法 | |
| US20080142188A1 (en) | Production Method of Consumable Electrode for Consumable Electrode Arc Remelting and End Face Cutter for Use Therein | |
| CN114645177A (zh) | 耐腐蚀合金及其制备方法、烹饪器具 | |
| US4185682A (en) | Electroslag remelting and surfacing apparatus | |
| US4117580A (en) | Manufacture of bearings | |
| CN1274432C (zh) | 液－固相异种金属轧制复合方法及设备 | |
| CN108411140A (zh) | 一种含稀土的铝合金精炼剂 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |