一種電子束冷床單次熔煉tc4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，屬于鈦合金鑄錠補(bǔ)縮工藝技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：確定需補(bǔ)縮的鑄錠頭部；從最后一次金屬液體流入結(jié)晶器內(nèi)開始，保持6?7#電流5.5A，維持5分鐘；6?7#電流按照每0.5A一檔由5.0A遞減至0.5A，每降低一檔維持5分鐘；從電流為3.0A開始，縮小6?7#掃描范圍；將6?7#向邊緣放大，至熔池消失，完成補(bǔ)縮；補(bǔ)縮完成后，進(jìn)行冷卻。本發(fā)明工藝簡單，操作方便，使用效果好，能有效解決鑄錠頭部出現(xiàn)的缺陷，大大提高了鑄錠的一次成材率，可獲得明顯的經(jīng)濟(jì)利益。
【專利說明】
一種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，特別是涉及一種電子束冷床單次 熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，屬于鈦合金鑄錠補(bǔ)縮工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對真空自耗熔煉(VAR)熔煉鈦及鈦合金而言，熔煉結(jié)束時(shí)，當(dāng)電極剩余一定重量， 現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)縮工藝一般采用逐級降低熔化電流，小電流保溫的方式進(jìn)行。該補(bǔ)縮工藝中 需要制定補(bǔ)縮開始的剩余電極重量，每一級電流、電壓及時(shí)間。隨著補(bǔ)縮的進(jìn)行，自耗電極 的剩余重量逐漸減少并趨于零。然而，經(jīng)上述補(bǔ)縮制得的鑄錠通常存在縮孔范圍波動大，或 者有時(shí)最后的剩余電極重量較多，最終影響成錠率，造成補(bǔ)縮質(zhì)量不穩(wěn)定。尤其是，每爐熔 煉時(shí)的電流、電壓、真空度等參數(shù)會發(fā)生波動，這樣更容易導(dǎo)致每爐鈦或鈦合金錠熔煉補(bǔ)縮 時(shí)，出現(xiàn)剩余電極重量不夠，補(bǔ)縮提前結(jié)束，使得鑄錠縮孔較深，且每爐鑄錠補(bǔ)縮后的縮孔 深度范圍波動較大;或者出現(xiàn)補(bǔ)縮完成后，電極剩余重量較多，使得該爐熔煉成錠率降低， 并影響下爐熔煉操作。最終影響成鑄錠的成材率。在后續(xù)的生產(chǎn)中，還需進(jìn)行扒皮、開坯鍛 造等工序，會使產(chǎn)品的成材率大為下降。
[0003] 對于電子束冷床熔煉而言，最大的好處就是將熔化區(qū)、精煉區(qū)、澆鑄區(qū)分離。在澆 鑄區(qū)進(jìn)行補(bǔ)縮工藝，可減小鑄錠切頭、切尾量、提高電子束冷床爐熔煉鑄坯的成材率，解決 鑄坯內(nèi)部縮孔、疏松及斷面裂口等缺陷，改善澆鑄板坯的頭部、尾部的澆鑄質(zhì)量。電子束冷 床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠，若按照傳統(tǒng)的補(bǔ)縮工藝進(jìn)行，由于A1元素的飽和蒸汽壓遠(yuǎn)大于 基體元素，造成在熔煉過程中合金元素 A1發(fā)生大面積揮發(fā)損失導(dǎo)致鑄錠頭部化學(xué)成分無法 達(dá)標(biāo)。若不進(jìn)行補(bǔ)縮工藝，很容易形成冒口、斷面開裂等鑄造缺陷。一般采用切頭去尾的辦 法，以消除該缺陷對后續(xù)加工的影響，但采用此法，會使鑄錠的成材率大為下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的是為了解決目前現(xiàn)有技術(shù)中TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝存在 的上述問題，提供一種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過采用如下技術(shù)方案達(dá)到：
[0006] -種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，包括如下步驟：
[0007] 步驟1:確定電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠需補(bǔ)縮的頭部，確定方法是，將最 后饒鑄面至Ι?長1〇〇_以內(nèi)定乂為鑄Ι?頭部；
[0008] 步驟2:對負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)、精煉區(qū)及澆鑄區(qū)的電子槍進(jìn)行編號，Ι? α# 負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)， 5# 負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐精煉區(qū)， 6-7# 負(fù)責(zé)掃描電子束 冷床爐澆鑄區(qū)；
[0009] 步驟3:在從最后一次金屬液體流入電子束冷床爐結(jié)晶器內(nèi)開始計(jì)時(shí)，保持6-7#電 子槍電流不變，維持5分鐘；
[0010] 步驟4:在步驟3中6-7#電子槍電流維持5分鐘不變后，按一定規(guī)則降低6-7#電子槍 電流；
[0011]步驟5:在降低6-7#電子槍電流的同時(shí)，從鑄錠邊緣向中心縮小6-7#電子槍掃描軌 跡范圍，保持鑄錠中心為液體狀態(tài)；
[0012] 步驟6:6-7#電子槍電流降低后，將6-7#電子槍平穩(wěn)緩慢從中心向邊緣放大，直至 熔池消失，完成TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮；
[0013] 步驟7:補(bǔ)縮完成后，進(jìn)行冷卻。
[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟2中對負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)、精煉區(qū)及澆鑄區(qū)的電子 槍進(jìn)行編號后，關(guān)閉1-5#電子槍。
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟3中6-7#電子槍電流為5.5A。
[0016] 進(jìn)一步的，所述步驟4中6-7#電子槍電流按如下規(guī)則降低:6-7#電子槍電流按照一 定遞減規(guī)則由5.0A降低至0.5A。
[0017] 進(jìn)一步的，所述步驟4中6-7#電子槍電流由5.0A按照每0.5A為一檔遞減的規(guī)則降 低至0.5A。
[0018] 進(jìn)一步的，所述步驟4中6-7#電子槍電流每降低一檔0.5A均維持5分鐘。
[0019]進(jìn)一步的，所述步驟5中從電流為3.0A開始，從鑄錠邊緣向中心縮小6-7#電子槍掃 描軌跡范圍，保持鑄錠中心為液體狀態(tài)。
[0020]進(jìn)一步的，所述步驟7中補(bǔ)縮完成后需要恢復(fù)1-7#電子槍掃描圖形大小。
[0021]進(jìn)一步的，所述步驟7中恢復(fù)1-7#電子槍掃描圖形大小的同時(shí)，恢復(fù)1-7#電子槍的 掃描功率。
[0022] 進(jìn)一步的，所述步驟7中恢復(fù)1-7#電子槍的掃描功率后，打開1-7#電子槍的掃描圖 形，待1-7#電子槍運(yùn)行穩(wěn)定后，直接進(jìn)行澆鑄。
[0023] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果:本發(fā)明提供的一種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠 頭部補(bǔ)縮工藝，工藝簡單，操作方便，使用效果好，能有效解決鑄錠頭部出現(xiàn)的缺陷，如氣 孔、縮孔、端面裂口等，大大提高了鑄錠的一次成材率，可獲得明顯的經(jīng)濟(jì)利益。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明料塊熔煉區(qū)電子槍電流占各槍電流加總的比例圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明精煉區(qū)域電子槍電流占各槍電流加總的比例圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明鑄錠澆鑄區(qū)電子槍電流占各槍電流加總的比例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚和明確本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖 對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0028] 一種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，包括如下步驟：
[0029] 步驟1:確定電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠需補(bǔ)縮的頭部，確定方法是，將開 始饒鑄面至Ι?長1〇〇_以內(nèi)定乂為鑄Ι?頭部；
[0030] 步驟2:對負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)、精煉區(qū)及澆鑄區(qū)的電子槍進(jìn)行編號，Ι? α# 負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)， 5# 負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐精煉區(qū)， 6-7# 負(fù)責(zé)掃描電子束 冷床爐澆鑄區(qū)，關(guān)閉1 -5#電子槍；
[0031]步驟3:在從最后一次金屬液體流入電子束冷床爐結(jié)晶器內(nèi)開始計(jì)時(shí)，保持6-7#電 子槍電流5.5A不變，維持5分鐘；
[0032] 步驟4:在步驟3中6-7#電子槍電流維持5分鐘不變后，6-7#電子槍電流按如下規(guī)則 降低:6-7#電子槍電流按照每0.5A為一檔遞減的規(guī)則由5.0A降低至0.5A，6-7#電子槍電流 每降低一檔〇. 5A均維持5分鐘；
[0033]步驟5:在降低6-7#電子槍電流的同時(shí)，從電流為3.0A開始，從鑄錠邊緣向中心縮 小6-7#電子槍掃描軌跡范圍，保持鑄錠中心為液體狀態(tài)；
[0034] 步驟6:6-7#電子槍電流降低后，將6-7#電子槍平穩(wěn)緩慢從中心向邊緣放大，直至 熔池消失，完成TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮；
[0035]步驟7:補(bǔ)縮完成后，恢復(fù)1-7#電子槍掃描圖形大小，恢復(fù)1-7#電子槍掃描圖形大 小的同時(shí)，恢復(fù)1-7#電子槍的掃描功率，打開1-7#電子槍的掃描圖形，待1-7#電子槍運(yùn)行穩(wěn) 定后，直接進(jìn)行澆鑄。
[0036] 正常熔煉階段熔煉區(qū)、精煉區(qū)及澆鑄區(qū)電子槍功率分配比例分析如圖1-3所示。圖 1為本發(fā)明料塊熔煉區(qū)電子槍電流占各槍電流加總的比例圖；圖2為本發(fā)明精煉區(qū)域電子槍 電流占各槍電流加總的比例圖；圖3為本發(fā)明鑄錠澆鑄區(qū)電子槍電流占各槍電流加總的比 例圖。
[0037] 如圖1所示，1-4#電子槍負(fù)責(zé)原料的熔煉，從擬合曲線來看，正常熔煉期間其占總 電流加總的65 %左右，所占比例較為穩(wěn)定。如圖2所示，5#電子槍負(fù)責(zé)冷床中熔池的精煉，其 占各槍電流加總的比例在正常熔煉階段占15%左右，所占比例較為穩(wěn)定。如圖3所示，6-7# 電子槍負(fù)責(zé)結(jié)晶器區(qū)域(鑄錠澆鑄區(qū)），保證鑄錠順利成型及表面質(zhì)量，正常熔煉期間前期 占總電流加總的25%左右，后期略有下降至20%，是由于測試保證鑄錠表面質(zhì)量所需的最 低功率值而不斷主動調(diào)低其電流值所致。
[0038] 對電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠化學(xué)成分進(jìn)行檢驗(yàn)：
[0039] 將鑄錠澆道口一側(cè)大面標(biāo)識為A面，相對的大面標(biāo)識為B面，鑄錠一側(cè)小面標(biāo)識為C 面，相對的小面標(biāo)識為D面，下底面標(biāo)識為X面，上表面標(biāo)識為S面;在鑄錠的所述A面、所述B 面及所述S面上取肩樣，并做好取肩樣的標(biāo)識;使用立銑刀在取樣點(diǎn)上鉆銑肩樣，收集銑肩 樣，并在取樣口上做好標(biāo)識。
[0040] 在距S面10mm長度處鋸切并取樣，該截面標(biāo)示為S '面，在距S '面20mm長度處鋸切并 取樣，該截面標(biāo)示為Μ面，取樣點(diǎn)與S'面相同；稱取每個(gè)樣點(diǎn)所述肩樣O.lg，經(jīng)1:2硫酸溶解， 用ICP-7300V電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定鋁、釩、鐵的化學(xué)成分。
[0041] 各個(gè)面檢驗(yàn)結(jié)果如下：
[0042] 1、S、S '及Μ面取樣點(diǎn)化驗(yàn)結(jié)果 [0043] S面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果如表2:
[0044]表2 S面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果
[0045]
[0046] S'面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果如表3:
[0047]表3 S'面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果
[0048]
[0049] Μ面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果如表4:
[0050]表4 Μ面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果
[0051]
[0053]檢驗(yàn)結(jié)果分析：
[0054] 從Μ面取樣點(diǎn)成分檢測結(jié)果來看，補(bǔ)縮工藝對鑄錠頭部化學(xué)成分的影響至少到達(dá) 35mm深度以上。Μ面Α1元素在鑄錠中心的含量仍然明顯低于邊部含量，但已經(jīng)進(jìn)入國標(biāo)范 圍。
[0055] S'面V含量明顯偏高，平均值達(dá)到4.53%，可能是由于補(bǔ)縮工藝使鑄錠頭部保持的 液態(tài)時(shí)間較長，V元素密度相對較大(V元素密度:6. llg/cm3)導(dǎo)致下沉所致。
[0056] 2、X面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果如表5:
[0057]表5 Μ面取樣點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果 [0058]
[0059]檢驗(yàn)結(jié)果分析：
[0060] X面為距錠尾100mm處的鋸切截面，所有取樣點(diǎn)Α1、ν元素檢測值均符合國標(biāo)要求。
[0061 ] Α1元素含量平均值6.57 %，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.118; V元素含量平均值4.26 %，標(biāo)準(zhǔn)偏差 0.154〇
[0062]綜上所述，本發(fā)明提供的一種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝， 工藝簡單，操作方便，使用效果好，能有效解決鑄錠頭部出現(xiàn)的缺陷，如氣孔、縮孔、端面裂 口等，大大提高了鑄錠的一次成材率，可獲得明顯的經(jīng)濟(jì)利益。
[0063]以上所述，僅為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟 悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其構(gòu)思加以 等同替換或改變，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟1:確定電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠需補(bǔ)縮的頭部，確定方法是，將最后澆 鑄面至錠長100mm以內(nèi)定義為鑄錠頭部； 步驟2:對負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)、精煉區(qū)及澆鑄區(qū)的電子槍進(jìn)行編號，1-4#負(fù) 責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)，5#負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐精煉區(qū)，6-7#負(fù)責(zé)掃描電子束冷床 爐澆鑄區(qū)； 步驟3:在從最后一次金屬液體流入電子束冷床爐結(jié)晶器內(nèi)開始計(jì)時(shí)，保持6-7#電子槍 電流不變，維持5分鐘； 步驟4:在步驟3中6-7#電子槍電流維持5分鐘不變后，按一定規(guī)則降低6-7#電子槍電 流； 步驟5:在降低6-7#電子槍電流的同時(shí)，從鑄錠邊緣向中心縮小6-7#電子槍掃描軌跡范 圍，保持鑄Ι?中心為液體狀態(tài)； 步驟6:6-7#電子槍電流降低后，將6-7#電子槍平穩(wěn)緩慢從中心向邊緣放大，直至熔池 消失，完成TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮； 步驟7:補(bǔ)縮完成后，進(jìn)行冷卻。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟2中對負(fù)責(zé)掃描電子束冷床爐熔煉區(qū)、精煉區(qū)及澆鑄區(qū)的電子槍進(jìn)行編號后， 關(guān)閉1-5#電子槍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟3中6-7#電子槍電流為5.5Α。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟4中6-7#電子槍電流按如下規(guī)則降低：6-7#電子槍電流按照一定遞減規(guī)則由 5.0厶降低至0.5八。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟4中6-7#電子槍電流由5.0Α按照每0.5Α為一檔遞減的規(guī)則降低至0.5Α。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟4中6-7#電子槍電流每降低一檔0.5Α均維持5分鐘。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟5中從電流為3.0Α開始，從鑄錠邊緣向中心縮小6-7#電子槍掃描軌跡范圍，保 持鑄Ι?中心為液體狀態(tài)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟7中補(bǔ)縮完成后需要恢復(fù)1-7#電子槍掃描圖形大小。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征在 于，所述步驟7中恢復(fù)1-7#電子槍掃描圖形大小的同時(shí)，恢復(fù)1-7#電子槍的掃描功率。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子束冷床單次熔煉TC4鈦合金鑄錠頭部補(bǔ)縮工藝，其特征 在于，所述步驟7中恢復(fù)1-7#電子槍的掃描功率后，打開1-7#電子槍的掃描圖形，待1-7#電 子槍運(yùn)行穩(wěn)定后，直接進(jìn)行澆鑄。
【文檔編號】C22C1/02GK105838899SQ201610333735
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】唐增輝, 張志斌, 韻海鷹, 杜彬, 周武
【申請人】青海聚能鈦業(yè)有限公司