本發(fā)明屬于鈦合金加工方法，具體涉及一種提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法。

背景技術(shù)：

1、鈦合金因其比強(qiáng)度高、耐高溫、生物相容性好等特性，已經(jīng)在航空、航天、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，真空自耗電弧熔煉(var)技術(shù)一直是鈦合金熔煉的主要方法，大量研究表明，var技術(shù)制備的鈦合金鑄錠存在成分偏析和組織缺陷等問題，這些缺陷的存在往往會(huì)對(duì)鈦合金構(gòu)件的質(zhì)量和性能有較大影響。隨著航空、電力等工業(yè)的發(fā)展，大型鈦合金鑄錠的需求逐漸增多，因此制備大規(guī)格鑄錠迫在眉睫。但是由于鈦合金自身導(dǎo)熱性差，鑄錠尺寸大型化后，元素偏析程度加劇，鑄錠成分均勻性降低。

2、公開日為2020年8月11日、公開號(hào)為cn111519066?a的中國(guó)專利公開了一種提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的制備方法，該方法通過(guò)降低熔池輸入功率(即降熔速)達(dá)到了鑄錠成分均勻性的目的，但是經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，該熔煉方法雖然能一定程度上起到提高鑄錠成分均勻性的效果，但存在如下問題：(1)鑄錠整體的熔煉時(shí)間、熔煉成本顯著增加；(2)工藝窗口范圍窄：穩(wěn)弧周期需保持較高水平，否則容易出現(xiàn)類似年輪狀、流線類的帶狀偏析。鑒于此，本發(fā)明提出一種提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，該方法在保持熔煉成本、熔煉時(shí)間不增加的基礎(chǔ)上，提高了大規(guī)格(4000～8000kg)鈦合金鑄錠的成分均勻性，且工藝窗口范圍較寬。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

3、步驟1、采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法建立鈦合金鑄錠數(shù)值模型；

4、步驟2、模擬熔煉過(guò)程，獲得使熔池沿順時(shí)針和逆時(shí)針液體流動(dòng)強(qiáng)度相等的穩(wěn)弧周期，即正反向穩(wěn)弧熔煉工藝；

5、步驟3、制備自耗電極；

6、步驟4、將步驟3得到的自耗電極置于真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉，得到鈦合金鑄錠。

7、本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

8、步驟3具體為：

9、將制備鈦合金鑄錠所需的海綿鈦及中間合金進(jìn)行配料、均勻混料，并壓制成多個(gè)電極塊，隨后在氬氣保護(hù)的等離子焊箱中焊接成自耗電極。

10、步驟3中的鑄錠總投料量為4000～8000kg。

11、步驟4中，前兩次熔煉過(guò)程具體為：

12、第一次熔煉采用電流控制，出爐后打磨鑄錠表面；

13、第二次熔煉采用熔速控制，熔煉熔速15kg/min～26kg/min。

14、步驟4中，第三次熔煉采用正反向穩(wěn)弧熔煉工藝，具體為：

15、真空度控制在1.0pa以下，熔煉速度10kg/min～25kg/min，在自耗電極熔至剩余重量為初始重量的15％～20％時(shí)，設(shè)置正向穩(wěn)弧周期為10～18s，反向穩(wěn)弧周期為13～25s，在自耗電極剩余重量占初始重量4％～6％時(shí)，開始進(jìn)入補(bǔ)縮階段，逐級(jí)降電流提升冒口，總補(bǔ)縮時(shí)間不少于100～200min。

16、鈦合金鑄錠為tc4或tc17合金。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、本發(fā)明方法利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法建立鈦合金鑄錠數(shù)值模型，優(yōu)選工藝參數(shù)，采用真空自耗電弧熔煉方法(var)對(duì)自耗電極進(jìn)行熔煉，熔煉過(guò)程中在兩個(gè)方向(ac+/ac-)分別設(shè)定不同的穩(wěn)弧周期，補(bǔ)償熔池固有的旋轉(zhuǎn)，確保熔池水平方向沿順時(shí)針和逆時(shí)針流動(dòng)強(qiáng)度相等，提高了鑄錠的成分均勻性，解決了大規(guī)格鈦合金鑄錠中成分均勻性差、批次穩(wěn)定性低的問題，在產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本之間取得一個(gè)較為理想的平衡點(diǎn)。與現(xiàn)有熔煉方法相比，本發(fā)明方法熔煉時(shí)間、熔煉成本較低，所制備鑄錠的成分均勻性高，且工藝窗口范圍較寬，穩(wěn)弧周期無(wú)需保持較高水平。另外，本發(fā)明制備工藝可以推廣至其他合金如tb6、tc18合金的鑄錠熔煉中，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，其特征在于，步驟3具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，其特征在于，步驟3中的鑄錠總投料量為4000～8000kg。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，其特征在于，步驟4中，前兩次熔煉過(guò)程具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，其特征在于，步驟4中，第三次熔煉采用正反向穩(wěn)弧熔煉工藝，具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的var熔煉方法，其特征在于，所述鈦合金鑄錠為tc4或tc17合金。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了提高大規(guī)格鈦合金鑄錠成分均勻性的VAR熔煉方法，包括：步驟1、采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法建立鈦合金鑄錠數(shù)值模型；步驟2、模擬熔煉過(guò)程，獲得使熔池沿順時(shí)針和逆時(shí)針液體流動(dòng)強(qiáng)度相等的穩(wěn)弧周期，即正反向穩(wěn)弧熔煉工藝；步驟3、制備自耗電極；步驟4、將步驟3得到的自耗電極置于真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉，得到鈦合金鑄錠。使用本發(fā)明方法制備的大規(guī)格(4000～8000kg)鈦合金鑄錠的成分均勻性高，且生產(chǎn)成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：劉向宏,王陽(yáng)陽(yáng),華正利,夏勇,吳偉,何永勝,王凱旋,李少?gòu)?qiáng),杜予晅,馮勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10