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CN102000806B - 一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法 - Google Patents

一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法，其可采用常规的真空自耗电弧熔炼技术，工业规模地制备出化学成分均匀、无铌夹杂的高铌含量钛合金铸锭。本发明采用的技术方案为：制备出适合于采用真空自耗电弧熔炼方法的高铌含量钛合金铸锭的自耗电极，采取与工业上常规钛合金铸锭的熔炼工艺相近的工艺，制备出化学成分均匀、无铌夹杂的高铌含量钛合金铸锭。

Description

一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法
一、技术领域：
本发明涉及一种合金材料的制备方法，尤其是涉及一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法。
二、背景技术：
背景技术中，由于钛及钛合金的熔点高、化学性质非常活泼，在其熔炼时，液态的钛及钛合金几乎能与所有的耐火材料发生反应。因此，工业上制备钛及钛合金铸锭几乎均采取真空自耗电弧熔炼技术。真空自耗电弧熔炼技术是一种近似区域熔炼的技术，其熔炼工艺参数的可控范围小。因次，制备合格钛合金铸锭的关键在于制备各种合金元素配料沿自耗电极纵向分布均匀的自耗电极。对于工业上通常使用的钛及钛合金，其合金元素大多可以采取中间合金的形式，加入到海绵钛中，然后压制成电极块，制备成沿纵向分布“均匀”的自耗电极，从而熔炼成满足要求的钛合金铸锭。但对于像Ti-26Nb-8Sn形状记忆合金这样高铌含量的特殊钛合金，由于铌的含量较高，又不能通过制备合适的中间合金的形式加入到配料中，加之铌的熔点高出钛的熔点较多，使得工业上制备像Ti-26Nb-8Sn这类特殊钛合金的合格铸锭非常困难。曾经采取的方法之一是将金属铌制成与电极块等长的细条，与海绵钛及钛锡中间合金一起压制成电极块，再将这种电极块焊接成自耗电极经多次真空自耗电弧熔炼制备这类高铌含量钛合金铸锭。这种方法制备的铸锭，往往在铸锭心部存在不熔的铌块夹杂。另一种方法是使用一根通常的大铌棒作为自耗电极的心部，将海绵钛及其它合金元素配料压制成电极块焊接到心部的铌棒上制成自耗电极。这种方法虽然可以用真空自耗电弧熔炼技术制备基本上合格的这类高铌含量钛合金铸锭，但在实际操作上，要求用远超常规熔炼工艺制度的措施进行熔炼操作，极易造成设备损伤。此外，自耗电极各部位熔化所需热能差异很大、导致熔炼过程中自耗电极的熔化部位周围的海绵钛电极块因优先熔化太过严重，会出现“剥皮”滴熔现象，也必然导致铸锭的化学成分的均匀性较差。
三、发明内容：
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法，其可采用常规的真空自耗电弧熔炼技术，工业规模地制备出化学成分均匀、无铌夹杂的高铌含量钛合金铸锭。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为 ：
一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法，其特征在于：制备出适合于采用真空自耗电弧熔炼方法的高铌含量钛合金铸锭的自耗电极，采取工业上常规的钛合金铸锭熔炼工艺，制备出化学成分均匀、无铌夹杂的高铌含量钛合金铸锭。
上述步骤包括：按合金的名义化学成分计算出一个初熔铸锭所需的各合金元素的质量，其中，钛以海绵钛的形式配入，锡以钛锡中间合金的形式配入，铌以纯金属形式配入，将金属铌制成大小合适的条材，其长度根据熔炼炉所需自耗电极的长度来确定，根据熔炼炉所需自耗电极的规格，将海绵钛和钛锡中间合金分配成相应的份数，每份压制成一个电极块，并将这些电极块焊接成长条状，然后将事先准备好的铌条布置在已焊接好的电极块四周，并与电极块焊接牢固，制备成适合真空自耗电弧熔炼的自耗电极，然后再与辅助电极焊接牢固，装入真空电极电弧熔炼炉，采取工业上常规的钛合金铸锭熔炼工艺，经重熔后，制备出化学成分均匀、无铌夹杂的Ti-26Nb-8Sn合金铸锭。
上述方法制备的高铌含量钛合金铸锭为Ti-26Nb-8Sn合金、Ti-20～28Nb-6～10Sn-0～4Zr、Ti-22Nb-6Zr或Ti-35Nb-10Zr合金铸锭。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
采用本发明所制备的Ti-26Nb-8Sn合金工业铸锭，经解剖，铸锭无铌夹杂存在，化学成分均匀，由这种方法制备的Ti-26Nb-8Sn合金工业铸锭加工出来的棒丝材料，性能优异，具有良好的超弹性。
四、附图说明：
图１为事先备好的金属铌条和示意图；
图2为用海绵钛及钛锡中间合金压制的电极块示意图；
图3为海绵钛及钛锡中间合金压制的电极块焊接后示意图；
图4为海绵钛及钛锡中间合金压制的电极块焊接后与金属铌条焊接后的示意图；
图5为自耗电极与辅助电极焊接后示意图。
五、具体实施方式：
Ti-26Nb-8Sn合金铸锭的一种工业制备方法：
在Ti-26Nb-8Sn这类高铌含量的特殊钛合金中，其合金组元中含有大量的铌等高熔点的难熔金属成分，而且它们不能以中间合金的形式配入合金中，使用本发明的方法制备自耗电极，采取传统的常规钛合金铸锭制备技术，可以制备出化学成分均匀且无铌夹杂的Ti-26Nb-8Sn合金的工业规模铸锭。
自耗电极的制备方案如下：
先按合金成分计算一个初熔铸锭中各组元的含量，按照中间合金加入原则，将合金组元中的钛以海绵钛的形式配入，锡以钛锡中间合金形式配入，将铌以纯金属形式制备成大小适当的条材备用，按熔炼炉所需的自耗电极的规格，分配每节电极块的配料，将每节电极块中除铌以外的合金组元配料按纵向均匀分布的原则布料并压制成电极块，然后将这些电极块合理布置并焊接成“棒”状，将事先制备好的铌条裁成与电极块焊“棒”相等的长度，将这些铌条布置在电极块焊“棒”四周，并与电极块焊接牢固，从而制成供真空自耗电弧熔炼用的自耗电极。
自耗电极1制备好后，再与辅助电极2焊接牢固，即可采取与常规钛合金熔炼技术相近的工艺技术制备出化学成分均匀且无铌夹杂的Ti-26Nb-8Sn合金工业铸锭。
采用本发明制备直径290mm、高800mm的Ti-26Nb-8Sn合金铸锭的步骤如下：
１．先按Ti-26Nb-8Sn合金配料计算出一个直径160mm高度320mm的初熔铸锭所需的海绵钛、钛锡中间合金和金属铌条的质量，将海绵钛、钛锡中间合金按要求压制成电极块，将金属铌制成细条状，其长度与焊接后的电极块焊“棒”相等，如图１、图2所示；将电极块焊接成“棒”状，如图3所示，再将金属铌条焊接到电极块焊“棒”上，制成自耗电极1，如图4所示，最后将其与辅助电极2焊接牢固，如图5所示。
２．自耗电极装炉后抽真空到10―2Pa后可开始真空自耗电弧熔炼，采取与常规钛合金熔炼工艺制度相近的熔炼工艺，即：选取熔炼电流3200A、熔炼电压28～30V,可顺利平稳地完成熔炼过程，制备出Φ160×320mm的Ti-26Nb-8Sn合金初熔铸锭。
３．几个这种初熔铸锭，再次焊接成自耗电极，可轻松地熔炼成直径220mm高约700mm的二次重熔铸锭,两个二次重熔锭经再次重熔,即可获得直径290mm 高度800mm的三次重熔铸锭，从而完成Ti-26Nb-8Sn合金工业铸锭的制备。
所述的高铌含量钛合金铸锭还可以为Ti-20～28Nb-6～10Sn-0～4Zr、Ti-22Nb-6Zr或Ti-35Nb-10Zr合金铸锭。

Claims (1)

1.一种高铌含量钛合金铸锭的工业制备方法，其特征在于：制备出适合于采用真空自耗电弧熔炼方法的高铌含量钛合金铸锭的自耗电极（1），采取工业上常规的钛合金铸锭熔炼工艺，制备出化学成分均匀、无铌夹杂的高铌含量钛合金铸锭；
按合金的名义化学成分计算出一个初熔铸锭所需的各合金元素的质量，其中，钛以海绵钛的形式配入，锡以钛锡中间合金的形式配入，铌以纯金属形式配入，将金属铌制成大小合适的条材，其长度根据熔炼炉所需自耗电极（1）的长度来确定，根据熔炼炉所需自耗电极（1）的规格，将海绵钛和钛锡中间合金分配成相应的份数，每份压制成一个电极块，并将这些电极块焊接成长条状，然后将事先准备好的铌条布置在已焊接好的电极块四周，并与电极块焊接牢固，制备成适合真空自耗电弧熔炼的自耗电极（1），然后再与辅助电极（2）焊接牢固，装入真空电极电弧熔炼炉，采取工业上常规的钛合金铸锭熔炼工艺，经重熔后，制备出化学成分均匀、无铌夹杂的Ti-26Nb-8Sn合金铸锭。
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