含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于真空自耗冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含易偏析元素大直徑鈦合金鑄 錠成分控制方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 鈦合金因其比強度高、耐腐蝕、耐高溫、生物相容性好、超導(dǎo)、貯氫、形狀記憶等一 系列重要特性，在航空、航天、艦船、兵器、核能、醫(yī)療、石油化工、真空制鹽、建筑、體育休閑 等領(lǐng)域廣泛使用，被稱為"太空金屬"、"海洋金屬"、"全能金屬"、"智慧金屬"。近幾年，在航 空航天等領(lǐng)域發(fā)展尤為迅速，使用量不斷擴大。隨著飛機飛行馬赫數(shù)越來越大，減重要求越 來越高，棒材的尺寸也越來越大，對組織及性能要求更為嚴(yán)格。擴大冶煉錠型、提升鈦錠純 潔度、提高加工變形量為目前鈦合金研發(fā)的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段采用真空自耗爐冶煉生產(chǎn)Mo 含量為5%?8%的鈦合金時，存在兩方面的技術(shù)難題：① Mo的熔點高（2617°C )，在鈦合金中 加入高品位的Al-Mo合金料時易產(chǎn)生Mo點夾雜。②Mo元素的合金分配系數(shù)Kci=S. 5,為鈦 合金中易產(chǎn)生正偏析元素，澆注大直徑的鑄錠時易產(chǎn)生宏觀偏析。由于以上技術(shù)難題，目前 對于Mo含量為5%?8%的鈦合金大直徑鑄錠熔煉仍然沒有很好解決成分偏析的方法。
[0004] 目前國外對于上述問題采取的技術(shù)措施： ① Mo的加入方式采用Ti-Mo中間合金方式加入，保證了其成分的均勻性及消除了高熔 點、高密度Mo點夾雜的出現(xiàn)。缺點是Ti-Mo中間合金制作困難、加工周期長、加工過程質(zhì)量 控制難、生產(chǎn)成本高，而且由于Ti-Mo中間合金在配混料過程中加入量大，對混料、電極的 壓制造成不便； ② Mo的加入方式采用工業(yè)Mo粉方式加入，在生產(chǎn)過程中Mo粉粒度要足夠細小、純潔 度要高，需要選擇小粒度海綿鈦，在混料過程中需延長混料時間以便Mo粉與海綿鈦混合均 勻粘附在海綿鈦顆粒表面；缺點是Mo粉制取難度大、易受污染，混料、熔煉工藝出現(xiàn)偏差時 易出現(xiàn)Mo的不熔塊； ③ 針對Mo的偏析通常采用的解決方法是三次熔煉，在第三次熔煉時采用較小的電流 密度，熔煉過程中降低熔煉速度、減小熔池深度，以防止成品鑄錠在凝固過程中出現(xiàn)偏析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明公開一種含易偏析兀素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，對于真空自耗 爐冶煉含有Mo元素5%?8%，鑄錠直徑為Φ508、Φ610的鈦合金鑄錠，采用成分均勻化的 控制方法，以解決目前該類鈦合金大錠型成分偏析問題。
[0006] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： ⑴原材料選擇：選用A1M〇80%品位合金，要求合金粒度0. 4mm?1mm，合金加入過程中 采用自動混料系統(tǒng)保證成分混合均勻；電極壓制完成后避免多次挪動； ⑵Φ508錠型：冶煉過程中采用恒熔速控制，熔速控制8. 8kg/min?9. 2kg/min，冶煉 過程中電流控制13. OKA?14. 5KA，電壓控制32. OV?33. OV，采用5A交流磁場攪拌，冶煉過 程中結(jié)晶器下部充入He氣，He氣流量0. 040L/min?0. 050L/min，測定下部壓力值25Pa? 35Pa，上部真空度0. IPa波動； (3) Φ610錠型：冶煉過程中采用恒熔速控制，熔速控制12. 5kg/min?13. 5kg/min，冶 煉過程中電流控制17. OKA?18. 7KA，電壓控制34. 5V?35V，采用7A交流磁場攪拌，冶煉過 程中結(jié)晶器下部充入He氣，He氣流量0. 050L/min?0. 065L/min，測定下部壓力值30Pa? 40Pa，上部真空度0. IPa波動。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點：采用本發(fā)明所述的冶煉工藝，冶煉Φ508、 Φ 610直徑Mo含量5%?8%鈦合金鑄錠成分上下部位分析均勻，經(jīng)權(quán)威部門低倍鑒定無偏 析，航空、航天使用上無質(zhì)量問題。
【附圖說明】
[0008] 圖1是TC16合金Φ 610鑄錠邊部低倍； 圖2是TC16合金Φ610鑄錠中心低倍。
【具體實施方式】 [0009] 實施例1 采用真空自耗爐Φ508錠型熔煉TC16合金，該合金Mo含量4. 5%?5. 5%，電極的化學(xué)成 分為Ti-3%Al-5. 2%M〇-4. 5%V-0. 10%0,冶煉過程中電流控制13. 0ΚΑ，電壓控制32. 0V，熔速 為8. 8kg/min，采用5A交流磁場攪拌，冶煉過程中結(jié)晶器下部充入He氣，He氣流量0. 045L/ min，測定下部壓力值30Pa，上部真空度0. lPa，M〇成分分析結(jié)果如表1。
[0010] 表 1 %
【主權(quán)項】
1. 一種含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，其特征在于：所述控制方法是 冶煉采用成分均勻化方法，適用于真空自耗爐〇 508、〇610錠型的含有Mo元素5%?8%鈦 合金鑄錠。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，其特征在于： 所述 鈦合金鑄錠錠型為0 508的成分均勻化控制方法如下：⑴選用A1M〇80%品位合金，要求 合金粒度〇. 4mm?1_，合金加入過程中采用自動混料系統(tǒng)保證成分混合均勻；電極壓制完 成后避免多次挪動； ⑵冶煉過程中采用恒熔速控制，熔速控制8. 8kg/min?9. 2kg/min，冶煉過程中電流控 制13. OKA?14. 5KA，電壓控制32. 0V?33. 0V，采用5A交流磁場攪拌，冶煉過程中結(jié)晶器 下部充入He氣，He氣流量0? 040L/min?0? 050L/min，測定下部壓力值25Pa?35Pa，上部 真空度0. IPa波動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，其特 征在于：所述鈦合金鑄錠為TC16合金鑄錠，Mo含量5. 2%?5. 5%，電極的化學(xué)成分為 Ti-3%Al-5. 2%M〇-4. 5%V-0. 10%0,冶煉過程中電流控制13. 0KA，電壓控制32. 0V，熔速為 8. 8kg/min，采用5A交流磁場攪拌，冶煉過程中結(jié)晶器下部充入He氣，He氣流量0. 045L/ min，測定下部壓力值30Pa，上部真空度0? IPa。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，其特 征在于：所述鈦合金鑄錠為TC16合金鑄錠，Mo含量5. 5%?6. 5%，電極的化學(xué)成分為 Ti-6%Al-2%Sn-4%Zr-6. 0%M〇,冶煉過程中電流控制14. 2KA，電壓控制32. 5V，熔速為9. lkg/ min，采用5A交流磁場攪拌，冶煉過程中結(jié)晶器下部充入He氣，He氣流量0. 050L/min，測定 下部壓力值30?30Pa，上部真空度0? IPa波動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，其特征在于： 所述鈦合金鑄錠錠型為0 610的成分均勻化控制方法如下：⑴選用A1M〇80%品位合金，要求 合金粒度〇. 4mm?1_，合金加入過程中采用自動混料系統(tǒng)保證成分混合均勻；電極壓制完 成后避免多次挪動； ⑵冶煉過程中采用恒熔速控制，熔速控制12. 5kg/min?13. 5kg/min，冶煉過程中電流 控制17. OKA?18. 7KA，電壓控制34. 5V?35V，采用7A交流磁場攪拌，冶煉過程中結(jié)晶器 下部充入He氣，He氣流量0? 050L/min?0? 065L/min，測定下部壓力值30Pa?40Pa，上部 真空度0. IPa波動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，其特 征在于：所述鈦合金鑄錠為TC19合金鑄錠，Mo含量5. 5%?6. 5%，電極的化學(xué)成分為 Ti-6%Al-2%Sn-4%Zr-6. 0%M〇,冶煉過程中電流控制14. 2KA，電壓控制32. 5V，熔速為9. lkg/ min，采用5A交流磁場攪拌，冶煉過程中結(jié)晶器下部充入He氣，He氣流量0. 050L/min，測定 下部壓力值30?30Pa，上部真空度0? IPa波動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法，其特 征在于：所述鈦合金鑄錠為TC16合金鑄錠，Mo含量5. 5%?6. 5%，電極的化學(xué)成分為 Ti-6%Al-2%Sn-4%Zr-6. 0%M〇,冶煉過程中電流控制18. 5KA，電壓控制35V，熔速為13kg/ min，采用7A交流磁場攪拌，冶煉過程中結(jié)晶器下部充入He氣，He氣流量0. 050L/min?
【專利摘要】本發(fā)明公開一種含易偏析元素大直徑鈦合金鑄錠成分控制方法,對于真空自耗爐冶煉含有Mo元素5%～8%，鑄錠直徑為Φ508、Φ610的鈦合金鑄錠，采用成分均勻化的控制方法，以解決目前該類鈦合金大錠型成分偏析問題。具體技術(shù)方案：原材料選用AlMo80%品位合金，要求合金粒度0.4mm～1mm，采用自動混料系統(tǒng)保證成分混合均勻；冶煉過程中采用恒熔速控制、電流控制、電壓控制，交流磁場攪拌，結(jié)晶器下部充入He氣，保證He氣流量、下部壓力和上部真空度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：采用本發(fā)明冶煉工藝，冶煉Φ508、Φ610直徑Mo含量5%～8%鈦合金鑄錠其成分上下部位分析均勻，低倍無偏析，滿足航空、航天使用的質(zhì)量要求。
【IPC分類】B22D7-00, B22D21-00
【公開號】CN104525877
【申請?zhí)枴緾N201410741981
【發(fā)明人】董健, 關(guān)玉龍, 虞忠良, 謝力, 趙民權(quán), 朱寶明, 王媛, 王德琴, 王志剛, 張玉春, 陳吉, 于洋, 葉文君, 惠松驍, 梁曉波, 張建偉
【申請人】撫順特殊鋼股份有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月9日