一種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，包括鈦合金殘料定尺、表面處理、配料及“合金包”制備、電極制備、VAR熔煉及機(jī)加工，可實(shí)現(xiàn)鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金熔煉回收，有利于實(shí)現(xiàn)鈦合金殘料靈活、多樣化、高流轉(zhuǎn)效率熔煉回收，減少鈦合金殘料庫存及資金占用；鈦殘料利用率高：無需將鈦合金殘料破碎、混料及壓制電極，除少量合金包外，只需使用鈦合金及純鈦殘料作為原材料，從而將鈦殘料添加比例由30%提高至90%以上，大幅提高了鈦合金殘料利用率；生產(chǎn)成本低：通過提高鈦殘料利用率，生產(chǎn)成本得到大幅降低。
【專利說明】
一種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鈦材加工技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金 的熔煉回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金具有強(qiáng)度高、密度低、耐腐蝕、無磁等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、化 工及體育等領(lǐng)域。由于鈦合金原材料昂貴，且其加工生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成品率低，因此鈦合金 制品成本高。如何合理擴(kuò)大應(yīng)用鈦合金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量鈦殘料，實(shí)現(xiàn)重熔回收再利 用，是降低鈦合金制品生產(chǎn)成本必要途徑之一。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)主要通過將鈦合金殘料破碎為肩狀、小粒狀形態(tài)，并與海綿鈦混合，再壓 制成電極塊，然后焊接，進(jìn)行真空自耗電弧爐(VAR)重熔回收，獲得與鈦合金殘料同牌號(hào)的 鈦合金鑄錠，為了保證電極塊內(nèi)部連接強(qiáng)度，一般鈦合金殘料添加比例不超過30%。但此種 工藝方法一般僅適用于鈦合金殘料熔煉回收同牌號(hào)鈦合金鈦錠，且鈦合金殘料添加比例 低，具有一定局限性，不能完全滿足多樣化、低成本鈦合金殘料熔煉回收生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有的工藝方法一般僅適用于鈦合金殘料熔煉回收同牌號(hào)鈦合金鈦錠， 且鈦合金殘料添加比例低，具有一定局限性等問題，本發(fā)明提供一種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種 牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，定義待回收鈦合金殘料合金牌 號(hào)為a，按照以下方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)制b牌號(hào)鈦合金熔煉回收，b牌號(hào)鈦合金應(yīng)包含a牌號(hào)所有主要 合金元素，該方法包括以下步驟： 步驟一:將a牌號(hào)待回收板帶狀、塊狀或棒狀鈦合金殘料進(jìn)行定尺，獲得一類或多類具 有相似幾何形狀的鈦殘料，定尺后鈦合金殘料尺寸應(yīng)滿足寬度<250mm、長度<3000mm; 步驟二:將步驟一所得定尺后鈦合金殘料拋丸酸洗或堿酸洗，去除表面氧化皮、油污， 并烘干，獲得表面潔凈、干燥的鈦殘料； 步驟三:根據(jù)a牌號(hào)鈦合金殘料實(shí)際合金元素含量、b牌號(hào)鈦合金鈦錠目標(biāo)合金元素含 量、添加單質(zhì)或中間合金種類及合金元素含量、合金元素恪煉過程的燒損量，以及每根電極 重量，得出制備每根電極所需各配料的重量，并采用下述方法制備合金包：取壁厚0.2~ 1.0mm、直徑10~40mm、長度<500mm純鈦薄壁焊管，首先將焊管一端壓扁并使用氬弧焊封焊， 然后裝入顆粒狀中間合金，將焊管放平，并使中間合金在焊管長度方向上分布均勻，再將焊 管壓扁，隨后將焊管另一端也壓扁、封焊，使中間合金在焊管內(nèi)得到固定，以上添加的單質(zhì)、 或封裝于焊管的中間合金統(tǒng)稱為合金包； 步驟四：將定尺后長度不足待制備圓柱狀電極，具有相似橫截面幾何形狀的鈦合金殘 料，采用氬弧焊搭接或?qū)狱c(diǎn)焊方法連接，使其長度達(dá)到待制備圓柱狀電極的長度，采用同 樣的方法使板條狀及封裝于焊管形式的合金包長度也達(dá)到待制備圓柱狀電極的長度，然后 采用同心圓環(huán)形夾具輔助工裝進(jìn)行電極布料及組焊捆綁，制備圓柱狀電極，電極直徑小于 VAR-次熔煉坩堝內(nèi)徑； 步驟五:對制備完成的鈦合金殘料電極進(jìn)行2~3次VAR熔煉，獲得成分均勻、表面質(zhì)量優(yōu) 良的轉(zhuǎn)制b牌號(hào)鈦合金鑄錠； 步驟六:對鈦合金鑄錠進(jìn)行表面機(jī)加工扒皮處理，去除表面缺陷;超聲檢驗(yàn)，確定冒口 位置，并將鈦錠冒口缺陷部位切除。
[0006] 所述步驟四中圓柱狀電極由板條狀或棒狀鈦合金殘料、封裝有中間合金的鈦焊管 及板條狀合金單質(zhì)組成。
[0007] 所述步驟四中圓柱狀電極內(nèi)部，板條狀或棒狀鈦合金殘料與由板條狀合金單質(zhì)及 封裝有中間合金的鈦焊管合金包均勻密實(shí)布料，并在彼此相鄰部位進(jìn)行氬弧焊焊接加固， 電極外層由厚度多4.Omm的板條狀鈦合金殘料包裹，相鄰板條間、以及與內(nèi)部電極焊接加 固，最終制作完成直徑均勻、結(jié)構(gòu)緊密、連接強(qiáng)度大的整體自耗電極。
[0008] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明提供的鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，實(shí)現(xiàn)了鈦合金殘料轉(zhuǎn) 制異種牌號(hào)鈦合金鈦錠回收再利用，同時(shí)提高了鈦合金殘料添加比例，降低了生產(chǎn)成本，為 拓展鈦合金殘料回收方式提供了一種新的思路，有利于實(shí)現(xiàn)鈦合金殘料靈活、多樣化、高流 轉(zhuǎn)效率熔煉回收。鈦合金殘料熔煉回收鈦錠成分滿足并優(yōu)于GB/T 3620.1《鈦及鈦合金牌號(hào) 和化學(xué)成分》國家標(biāo)準(zhǔn)； 本發(fā)明提供的鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，可實(shí)現(xiàn)鈦合金殘料轉(zhuǎn) 制異種牌號(hào)鈦合金熔煉回收:該方法操作簡單，且生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)客戶需求，將鈦合金殘料 熔煉回收轉(zhuǎn)制為客戶所需的鈦合金牌號(hào)鈦錠，有利于實(shí)現(xiàn)鈦合金殘料靈活、多樣化、高流轉(zhuǎn) 效率熔煉回收，減少鈦合金殘料庫存及資金占用；鈦殘料利用率高：無需將鈦合金殘料破 碎、混料及壓制電極，除少量合金包外，只需使用鈦合金及純鈦殘料作為原材料，從而將鈦 殘料添加比例由30%提尚至90%以上，大幅提尚了欽合金殘料利用率;生廣成本低:通過提尚 鈦殘料利用率，生產(chǎn)成本得到大幅降低。
【附圖說明】
[0009] 圖1本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)立體圖； 圖2本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖3本發(fā)明所用同心圓環(huán)形夾具工裝打開狀態(tài)示意圖； 圖4本發(fā)明所用同心圓環(huán)形夾具工裝關(guān)閉狀態(tài)示意圖； 附圖標(biāo)記：1、鈦合金殘料，2、封裝有中間合金的焊管合金包，3、板條狀合金單質(zhì)合金 包，4、支架，5、圓環(huán)形夾具，501、固定圓弧，502、旋轉(zhuǎn)圓弧。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0011] -種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，定義待回收鈦合金殘料合 金牌號(hào)為a，按照以下方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)制b牌號(hào)鈦合金熔煉回收，b牌號(hào)鈦合金應(yīng)包含a牌號(hào)所有 主要合金元素，該方法包括以下步驟： 步驟一:將a牌號(hào)待回收板帶狀、塊狀或棒狀鈦合金殘料進(jìn)行定尺，獲得一類或多類具 有相似幾何形狀的鈦殘料，定尺后鈦合金殘料尺寸應(yīng)滿足寬度<250mm、長度<3000mm; 步驟二:將步驟一所得定尺后鈦合金殘料拋丸酸洗或堿酸洗，去除表面氧化皮、油污， 并烘干，獲得表面潔凈、干燥的鈦殘料； 步驟三:根據(jù)a牌號(hào)鈦合金殘料實(shí)際合金元素含量、b牌號(hào)鈦合金鈦錠目標(biāo)合金元素含 量、添加單質(zhì)或中間合金種類及合金元素含量、合金元素恪煉過程的燒損量，以及每根電極 重量，得出制備每根電極所需各配料的重量，并采用下述方法制備合金包：取壁厚0.2~ 1.0mm、直徑10~40mm、長度<500mm純鈦薄壁焊管，首先將焊管一端壓扁并使用氬弧焊封焊， 然后裝入顆粒狀中間合金，將焊管放平，并使中間合金在焊管長度方向上分布均勻，再將焊 管壓扁，隨后將焊管另一端也壓扁、封焊，使中間合金在焊管內(nèi)得到固定，以上添加的單質(zhì)、 或封裝于焊管的中間合金統(tǒng)稱為合金包;在電極制備過程中，將合金包焊接固定于電極，實(shí) 現(xiàn)增加合金元素種類或改變合金元素含量的目的。由于制備合金包所需純鈦薄壁焊管占后 續(xù)制備電極的質(zhì)量分?jǐn)?shù)極小，因此可以忽略其對鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金熔煉成分 的影響； 步驟四：將定尺后長度不足待制備圓柱狀電極，具有相似橫截面幾何形狀的鈦合金殘 料，采用氬弧焊搭接或?qū)狱c(diǎn)焊方法連接，使其長度達(dá)到待制備圓柱狀電極的長度，采用同 樣的方法使板條狀及封裝于焊管形式的合金包長度也達(dá)到待制備圓柱狀電極的長度，然后 采用同心圓環(huán)形夾具輔助工裝進(jìn)行電極布料及組焊捆綁，制備圓柱狀電極，電極直徑小于 VAR-次熔煉坩堝內(nèi)徑;所述圓柱狀電極由板條狀或棒狀鈦合金殘料、封裝有中間合金的鈦 焊管及板條狀合金單質(zhì)組成;所述圓柱狀電極內(nèi)部，板條狀或棒狀鈦合金殘料與由板條狀 合金單質(zhì)及封裝有中間合金的鈦焊管合金包均勻密實(shí)布料，并在彼此相鄰部位進(jìn)行氬弧焊 焊接加固，電極外層由厚度多4.Omm的板條狀鈦合金殘料包裹，相鄰板條間、以及與內(nèi)部電 極焊接加固，最終制作完成直徑均勻、結(jié)構(gòu)緊密、連接強(qiáng)度大的整體自耗電極； 步驟五:對制備完成的鈦合金殘料電極進(jìn)行2~3次VAR熔煉，獲得成分均勻、表面質(zhì)量優(yōu) 良的轉(zhuǎn)制b牌號(hào)鈦合金鑄錠； 步驟六:對鈦合金鑄錠進(jìn)行表面機(jī)加工扒皮處理，去除表面缺陷;超聲檢驗(yàn)，確定冒口 位置，并將鈦錠冒口缺陷部位切除。
[0012]如圖3、圖4所示，分別為本發(fā)明所用同心圓環(huán)形夾具工裝打開及關(guān)閉狀態(tài)示意圖， 所述同心圓環(huán)形夾具工裝包括支架4和設(shè)置在支架4頂部的多個(gè)大小相等且同心的圓環(huán)形 夾具5,圓環(huán)形夾具5由設(shè)置在支架4上的固定圓弧501和旋轉(zhuǎn)圓弧502組成，旋轉(zhuǎn)圓弧502- 端與固定圓弧501-端旋轉(zhuǎn)連接，另一端可旋轉(zhuǎn)至與固定圓弧501形成閉合的圓環(huán)；圖1為經(jīng) 同心圓環(huán)形夾具工裝輔助阻焊后的電極結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為經(jīng)同心圓環(huán)形夾具工裝輔助阻 焊后的電極結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0013]實(shí)施例1:以TA28鈦合金殘料轉(zhuǎn)制TA17鈦合金的熔煉回收為例 1)使用剪床、水切割方法，將板帶狀、塊狀及棒狀TA28鈦合金殘料進(jìn)行定尺，獲得幾類 具有相近截面尺寸的鈦殘料，定尺后鈦合金殘料寬度<150_、長度<2000_。
[0014] 2)通過拋丸酸洗方法，將鈦合金殘料表面氧化皮、油污等雜質(zhì)去除干凈，并烘干， 獲得表面潔凈、干燥的鈦合金殘料。
[0015] 3)TA28鈦合金殘料實(shí)際合金元素含量為Ti-2.5A1，即Al含量2.5%，其余為Ti元素； TA17鈦合金目標(biāo)成分為Ti-4.0A1-2. OV，即Al含量4.0%、V含量2.0%，其余為Ti元素;通過添 加純鈦殘料板條單質(zhì)、Al-50.OV中間合金(V含量50%，其余為Al元素），調(diào)整鈦合金殘料成 分，實(shí)現(xiàn)TA28鈦合金殘料轉(zhuǎn)制TA17鈦合金的目的；TA28鈦合金殘料采用本發(fā)明工藝方法，經(jīng) 三次VAR熔煉獲得TA17鈦錠，預(yù)估Al元素?zé)龘p0.2%，其余合金元素?zé)龘p可忽略不計(jì);鈦合金 殘料制備的圓柱形電極尺寸為280*2000mm，每根電極重量為440kg。
[0016] 根據(jù)上述條件，可計(jì)算出制備每根電極需要配料TA28鈦合金殘料386.43kg、純鈦 殘料板條單質(zhì)36.01kg、Al-50.0 V顆粒狀中間合金17.56kg。純鈦殘料板條單質(zhì)厚度8mm、寬 度50mm;將Al-50.0 V中間合金均勾分裝于35個(gè)壁厚0.5mm、直徑24mm、長度400mm焊管內(nèi)，首 先將焊管一端壓扁并使用氬弧焊封焊，放入中間合金后，將焊管平放，并使中間合金在焊管 長度方向上分布均勻，再將焊管壓扁，隨后將焊管另一端也壓扁、封焊，使中間合金在焊管 內(nèi)得到固定。
[0017] 4)將定尺后長度不足2000mm、具有相近截面尺寸的TA28鈦殘料采用純鈦焊絲使用 氬弧焊方法進(jìn)行連接，使長度達(dá)到2000mm。采用同樣的方法將純鈦殘料板條單質(zhì)及封裝于 焊管形式的"合金包"長度分別延長至2000mm。采用同心圓形夾具輔助工裝進(jìn)行電極布料及 組焊捆綁，制備電極過程中，將純鈦殘料板條單質(zhì)及封裝有中間合金的鈦焊管"合金包"與 TA28鈦合金殘料均勻密實(shí)布料，并在彼此相鄰部位進(jìn)行氬弧焊焊接加固，電極外層由厚度 為6. Omm的TA28鈦合金殘料板條包裹，相鄰板條間、以及與內(nèi)部電極焊接加固，最終制備完 成直徑280mm、長度2000mm電極，電極具有良好連接強(qiáng)度、直徑均勻、結(jié)構(gòu)緊密。
[0018] 采用上述同樣的方法制備6根電極。
[0019] 5 )對制備好的電極進(jìn)行3次VAR熔煉。第1次、2次、3次VAR熔煉坩堝內(nèi)徑分別為 380mm、480mm、580mm。經(jīng)三次VAR熔煉，獲得成分均勻、表面質(zhì)量優(yōu)良的TAl 7鈦合金鑄錠。
[0020] 6)對TA17鈦合金鑄錠進(jìn)行表面機(jī)加工扒皮處理，去除表面缺陷；超聲檢驗(yàn)，確定冒 口位置，并使用鋸床將鈦錠冒口缺陷部位切除;然后對鑄錠進(jìn)行頭、中、尾取樣，化驗(yàn)成分。
[0021] 最終獲得的TA17鈦合金鈦錠成分合格，如表1所示，且各元素成分含量滿足并優(yōu)于 國標(biāo)。
[0022]表1 TA17鈦合金鑄錠成分實(shí)測值
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，定義待回收鈦合金殘料合金 牌號(hào)為a，按照以下方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)制b牌號(hào)鈦合金熔煉回收，b牌號(hào)鈦合金應(yīng)包含a牌號(hào)所有主 要合金元素，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟一:將a牌號(hào)待回收板帶狀、塊狀或棒狀鈦合金殘料進(jìn)行定尺，獲得一類或多類具 有相似幾何形狀的鈦殘料，定尺后鈦合金殘料尺寸應(yīng)滿足寬度<250mm、長度<3000mm; 步驟二:將步驟一所得定尺后鈦合金殘料拋丸酸洗或堿酸洗，去除表面氧化皮、油污， 并烘干，獲得表面潔凈、干燥的鈦殘料； 步驟三:根據(jù)a牌號(hào)鈦合金殘料實(shí)際合金元素含量、b牌號(hào)鈦合金鈦錠目標(biāo)合金元素含 量、添加單質(zhì)或中間合金種類及合金元素含量、合金元素恪煉過程的燒損量，以及每根電極 重量，得出制備每根電極所需各配料的重量，并采用下述方法制備合金包：取壁厚0.2~ 1.0mm、直徑10~40mm、長度<500mm純鈦薄壁焊管，首先將焊管一端壓扁并使用氬弧焊封焊， 然后裝入顆粒狀中間合金，將焊管放平，并使中間合金在焊管長度方向上分布均勻，再將焊 管壓扁，隨后將焊管另一端也壓扁、封焊，使中間合金在焊管內(nèi)得到固定，以上添加的單質(zhì)、 或封裝于焊管的中間合金統(tǒng)稱為合金包； 步驟四：將定尺后長度不足待制備圓柱狀電極，具有相似橫截面幾何形狀的鈦合金殘 料，采用氬弧焊搭接或?qū)狱c(diǎn)焊方法連接，使其長度達(dá)到待制備圓柱狀電極的長度，采用同 樣的方法使板條狀及封裝于焊管形式的合金包長度也達(dá)到待制備圓柱狀電極的長度，然后 采用同心圓環(huán)形夾具輔助工裝進(jìn)行電極布料及組焊捆綁，制備圓柱狀電極，電極直徑小于 VAR-次熔煉坩堝內(nèi)徑； 步驟五:對制備完成的鈦合金殘料電極進(jìn)行2~3次VAR熔煉，獲得成分均勻、表面質(zhì)量優(yōu) 良的轉(zhuǎn)制b牌號(hào)鈦合金鑄錠； 步驟六:對鈦合金鑄錠進(jìn)行表面機(jī)加工扒皮處理，去除表面缺陷；超聲檢驗(yàn)，確定冒口 位置，并將鈦錠冒口缺陷部位切除。2. 如權(quán)利要求1所述的鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，其特征在于： 所述步驟四中圓柱狀電極由板條狀或棒狀鈦合金殘料、封裝有中間合金的鈦焊管及板條狀 合金單質(zhì)組成。3. 如權(quán)利要求1所述的鈦合金殘料轉(zhuǎn)制異種牌號(hào)鈦合金的熔煉回收方法，其特征在于： 所述步驟四中圓柱狀電極內(nèi)部，板條狀或棒狀鈦合金殘料與由板條狀合金單質(zhì)及封裝有中 間合金的鈦焊管合金包均勻密實(shí)布料，并在彼此相鄰部位進(jìn)行氬弧焊焊接加固，電極外層 由厚度多4.0mm的板條狀鈦合金殘料包裹，相鄰板條間、以及與內(nèi)部電極焊接加固，最終制 作完成直徑均勻、結(jié)構(gòu)緊密、連接強(qiáng)度大的整體自耗電極。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK106086485SQ201610500892
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】李渤渤, 李洋, 劉茵琪, 黃志峰, 周洪強(qiáng), 張強(qiáng)
【申請人】洛陽雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司