一種制備大規(guī)格Ti-1023合金鑄錠的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備大規(guī)格Ti?1023合金鑄錠的方法，選取0級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金混合壓制成電極塊；并將電極塊焊接為自耗電極，然后對電極依次經(jīng)兩次電流控制熔煉和一次熔滴控制方式熔煉，制備得到大規(guī)格Ti?1023合金鑄錠。本發(fā)明采用了電弧熔熔滴控制技術，減少了Fe元素的偏析。通過控制熔滴數(shù)量，制備了大規(guī)格Ti?1023合金鑄錠，經(jīng)分析檢測表明該工藝制備鑄錠成分非常均勻，有效的抑制了合金中Fe的富集，采用該大規(guī)格Ti?1023合金鑄錠鍛造的規(guī)格為Φ550mm棒材高低倍組織檢測表明：Ti?1023合金棒材中無β斑點、且合金棒材探傷和性能均達到宇航技術標準要求。
【專利說明】
一種制備大規(guī)格T 1-1023合金鑄錠的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金加工技術領域，具體涉及一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法。
【背景技術】
[0002]T1-10V-2Fe-3Al(T1-1023)由于具有高強度、高斷裂韌度、高淬透性等優(yōu)良性能而被廣泛用于生產(chǎn)飛機起落架等大尺寸關鍵承力構件。但在真空自耗電弧熔煉技術生產(chǎn)T1-1023 合金鑄錠的過程中 ，由于添加 β 穩(wěn)定元素的鐵含量高 ，在熔煉時很容易形成鐵偏析 ，在鐵偏析區(qū)域，因β轉變溫度下降而形成一種不含α相或α相稀少的區(qū)域，即所謂的β斑。這種β斑嚴重降低鈦構件的塑性和低周疲勞性能。目前學者一致認為，最有效減少β斑的方法就是提高T1-1023合金鑄錠中Fe的成分均勻性。傳統(tǒng)提高Fe成分均勻性方法為:1.減少β穩(wěn)定元素的鐵含量；Π.降低熔煉速度，減少熔池深度；m.縮小鑄錠的尺寸。但隨著大型飛機工程用鈦量的不斷增加，飛機用鈦合金鍛件的尺寸和重量日益增加，鑄錠規(guī)格也相應增大，T1-1023 合金偏析加劇 ，采用上述傳統(tǒng)熔煉方法無法制備 Fe 成分均勻的大規(guī)格 T1-1023 合金鑄錠。因此，對于制備成分均勻Ti 1023合金鑄錠就成為材料領域中的一個技術瓶頸。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，用以制備Fe成分均勻的大規(guī)格T1-1023合金鑄錠。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，具體包括以下步驟:
[0005]步驟I，壓制電極塊:
[0006]選取O級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金混合均勻，壓制成電極塊；
[0007]步驟2，焊接電極:
[0008]將步驟I壓制得到的電極塊在氬氣保護的等離子焊箱中焊接成熔煉用自耗電極；
[0009]步驟3，鑄錠熔煉:
[0010]將步驟2得到的電極置于真空自耗電弧爐中，依次經(jīng)兩次電流控制熔煉和一次熔滴數(shù)量控制的方式進行熔煉，即得到大規(guī)格T1-1023合金鑄錠。
[0011]本發(fā)明的特點還在于，
[0012]步驟I中各原料的的合金的重量百分比配比為T1-10V-2Fe_3Al。
[0013]第一次電流控制熔煉的參數(shù)為:漏氣率控制在0.12Pa/min以下，恪煉電流為4.0kA?12kA，穩(wěn)弧電流為直流1.0?1A，熔煉電壓為28?36V，熔煉后冷卻時間彡2小時。
[0014]第二次電流控制熔煉的參數(shù)為:漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為6.0kA?15kA，穩(wěn)弧電流為交流2.0?1A，熔煉電壓為32?37V，熔煉后冷卻時間彡2.5小時。
[0015]第三次熔滴數(shù)量控制熔煉的參數(shù)為:漏氣率控制在0.10Pa/min以下，熔煉速度為5.0?20kg/min，穩(wěn)弧電流為交流3.0?15A，熔滴數(shù)量為6?18(Ι/s)，熔煉后冷卻時間彡3小時。
[0016]每次熔煉所采用的坩禍規(guī)格逐漸增大。
[0017]每次熔煉后將鑄錠進行平頭處理，然后掉頭，進行下一次熔煉。
[0018]本發(fā)明的有益效果是，一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，采用了電弧熔煉熔滴控制技術，減少了 Fe元素的偏析。通過控制熔滴數(shù)量，制備了大規(guī)格T1-1023合金鑄錠，經(jīng)分析檢測表明該工藝制備鑄錠成分非常均勻，有效的抑制了合金中Fe的富集，采用該大規(guī)格T1-1023合金鑄錠鍛造的規(guī)格為Φ 550mm棒材高低倍組織檢測表明:T1-1023合金棒材中無β斑點、且合金棒材探傷和力學性能均達到宇航技術標準要求。
【具體實施方式】
[0019]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0020]本發(fā)明一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，具體包括以下步驟:
[0021]步驟I，壓制電極塊
[0022]按照合金的配比為T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，選用O級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦和中間合金進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在油壓機上壓制成電極塊。
[0023]步驟2，焊接電極
[0024]將壓制好的電極塊組合成電極，然后在氬氣保護的等離子焊箱中焊接成熔煉用自耗電極。
[0025]步驟3，鑄錠一次熔煉
[0026]將步驟得到的電極置于真空自耗電弧爐中，進行第一次熔煉，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為4.01^?121^，穩(wěn)弧電流為直流1.0?1(^，熔煉電壓為28?36V，熔煉后冷卻時間彡2小時。
[0027]步驟4，鑄錠二次熔煉
[0028]將經(jīng)步驟3—次熔煉的鑄錠倒頭進行二次熔煉，在熔煉過程中漏氣率控制在
0.12Pa/min以下，熔煉電流為6.01^?151^，穩(wěn)弧電流為交流2.0?1(^，熔煉電壓為32?37V，熔煉后冷卻時間彡2.5小時。
[0029]步驟5，鑄錠三次熔滴數(shù)量控制熔煉
[0030]將經(jīng)步驟4二次熔煉的鑄錠倒頭進行第三次熔煉，在熔煉過程中漏氣率控制在
0.10Pa/min以下，熔煉速度為5.0?20kg/min，穩(wěn)弧電流為交流3.0?15A，熔滴數(shù)量為6?18(Ι/s)，熔煉后冷卻時間多3小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理，即得到大規(guī)格T1-1023合金鑄錠;溶滴數(shù)量6?18 (I /s)的單位為I /s，表示每秒的溶滴數(shù)量為6?18滴。
[0031]T 1-10 2 3合金中由于Fe組元的分布系數(shù)k值較小，極易產(chǎn)生Fe的宏觀偏析，而控制Fe的宏觀偏析主要通過制定合適的熔煉工藝參數(shù)。
[0032]本發(fā)明采用了電弧熔煉熔滴控制技術，減少了Fe元素的偏析。通過控制熔滴數(shù)量，制備了大規(guī)格T1-1023合金鑄錠，經(jīng)分析檢測表明該工藝制備鑄錠成分非常均勻，有效的抑制了合金中Fe的富集，采用該大規(guī)格T1-1023合金鑄錠鍛造的規(guī)格為Φ 550mm棒材高低倍組織檢測表明:T1-1023合金棒材中無β斑點、且合金棒材探傷和性能均達到宇航技術標準要求。
[0033]實施例1
[0034]步驟I，壓制電極塊
[0035]按照合金的配比為T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，選用O級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦和中間合金進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在油壓機上壓制成332 X 300 X 150mm尺寸的電極塊。
[0036]步驟2，焊接電極
[0037]將壓制好的電極塊組合成為Φ360Χ4200πιπι的電極，然后在氬氣保護的等離子焊箱中焊接成熔煉用自耗電極。
[0038]步驟3，Φ440mm規(guī)格鑄錠一次電流控制熔煉
[0039]一次熔煉采用Φ440πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為8?12kA，穩(wěn)弧電流為直流3?10A，熔煉電壓為34?36V，熔煉后冷卻3小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
[0040]步驟4，Φ 560mm規(guī)格鑄錠二次電流控制熔煉
[0041]將一次熔煉后的鑄錠掉頭進行二次熔煉，采用Φ560πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為10?15kA，穩(wěn)弧電流為交流3?12A，熔煉電壓為34?37V，熔煉后冷卻3.5小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
[0042]步驟5，Φ 640mm規(guī)格鑄錠三次熔滴控制熔煉
[0043]將二次熔煉后的鑄錠掉頭進行三次熔煉，采用Φ640πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.10Pa/min以下，熔煉速度為10?20kg/min，穩(wěn)弧電流為交流5?15Α，熔滴數(shù)量為1?18 (I /s)，熔煉后冷卻時間4.5小時。
[0044]采用上述步驟制備的規(guī)格為Φ 640mm的3噸級T1-1023合金鑄錠鍛造為Φ 550mm規(guī)格棒材，經(jīng)相變點以下25°C進行固溶時效熱處理檢驗，棒材高低倍組織滿足AMS 4986B宇航技術規(guī)范標準要求。
[0045]測試合金棒材的力學性能0匕=11801^?、00.2= 11391^?^=13.0%、2 = 60%、1(1〇=64.21^?1111/2，滿足厶1549868標準要求的013彡11031^?、00.2彡10001^?^彡6%、2彡10%、KIC彡60.0Mpaml/2o
[0046]實施例2
[0047]步驟I，電極塊壓制
[0048]按照合金的配比為T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，選用O級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦和中間合金進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在油壓機上壓制成電極塊。
[0049]步驟2，焊接電極
[0050]將壓制好的電極塊組合成電極，然后在氬氣保護的等離子焊箱中焊接成熔煉用自耗電極。
[0051 ]步驟3，Φ 360mm規(guī)格鑄錠一次電流控制熔煉
[0052]一次熔煉采用Φ360πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為6?10kA，穩(wěn)弧電流為直流2?8A，熔煉電壓為32?36V，熔煉后冷卻時間2.5小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
[0053]步驟4: Φ440mm規(guī)格鑄錠二次電流控制熔煉
[0054]將一次熔煉過程中需平頭處理的鑄錠掉頭組焊，采用Φ440πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，恪煉電流為10?15kA，穩(wěn)弧電流為交流3?10Α，熔煉電壓為34?37V，熔煉后冷卻時間3.5小時。
[0055]步驟5: Φ 560mm規(guī)格鑄錠三次熔滴控制熔煉
[0056]將二次熔煉過程中需平頭處理的鑄錠掉頭組焊，采用Φ560πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.10Pa/min以下，恪煉速度為8?17kg/min，穩(wěn)弧電流為交流12?15Α，熔滴數(shù)量為8?15 (I /s)，熔煉后冷卻時間4.0小時。
[0057]實施例3
[0058]步驟I，壓制電極塊
[0059]按照合金的配比為T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，選用O級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦和中間合金進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在油壓機上壓制成電極塊。
[0060]步驟2，焊接電極
[0061]將壓制好的電極塊組合成電極，然后在氬氣保護的等離子焊箱中焊接成熔煉用自耗電極。
[0062]步驟3，Φ280mm規(guī)格鑄錠一次電流控制熔煉
[0063]一次熔煉采用Φ280πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為4?8kA，穩(wěn)弧電流為直流I?6A，熔煉電壓為28?32V，熔煉后冷卻2小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
[0064]步驟4，Φ360mm規(guī)格鑄錠二次電流控制熔煉
[0065]將一次熔煉后的鑄錠掉頭進行二次熔煉，采用Φ360πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為6?10kA，穩(wěn)弧電流為交流2?8Α，熔煉電壓為32?36V，熔煉后冷卻2.5小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
[0066]步驟5，Φ 440mm規(guī)格鑄錠三次熔滴控制熔煉
[0067]將二次熔煉后的鑄錠掉頭進行三次熔煉，采用Φ440πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.10Pa/min以下，熔煉速度為5?10kg/min，穩(wěn)弧電流為交流3?10Α，熔滴數(shù)量為6?12 (I /s)，熔煉后冷卻時間3.5小時。
[0068]實施例4
[0069]步驟I，壓制電極塊
[0070]按照合金的配比為T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，選用O級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金進行電極塊壓制，壓制之前對海綿鈦和中間合金進行挑料，確保原料質量，將挑好的原料混合均勻后在油壓機上壓制成電極塊。
[0071]步驟2，焊接電極
[0072]將壓制好的電極塊組合成電極，然后在氬氣保護的等離子焊箱中焊接成熔煉用自耗電極。
[0073]步驟3，Φ360mm規(guī)格鑄錠一次電流控制熔煉
[0074]一次熔煉采用Φ 360mm的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為6?10kA，穩(wěn)弧電流為直流2?8A，熔煉電壓為32?36V，熔煉后冷卻時間2.5小時，熔煉完成后在車床上做平頭處理；
[0075]步驟4: Φ440mm規(guī)格鑄錠二次電流控制熔煉
[0076]將一次熔煉過程中需平頭處理的鑄錠掉頭組焊，采用Φ440πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.12Pa/min以下，恪煉電流為10?15kA，穩(wěn)弧電流為交流3?10Α，熔煉電壓為34?37V，熔煉后冷卻時間3.5小時。
[0077]步驟5: Φ 520mm規(guī)格鑄錠三次熔滴控制熔煉
[0078]將二次熔煉過程中需平頭處理的鑄錠掉頭組焊，采用Φ560πιπι的坩禍，在熔煉過程中漏氣率控制在0.10Pa/min以下，恪煉速度為6?15kg/min，穩(wěn)弧電流為交流5?10Α，熔滴數(shù)量為6?12(Ι/s)，熔煉后冷卻時間4.0小時。
[0079]制備的小規(guī)格合金棒材的力學性能補=12081^^、00.2 = 12091^^^=18.0%、2 =62%、KIC = 67.2Mpaml/2，滿足AMS4986B標準要求的ob彡 1103Mpa、o0.2彡 1000Mpa、A彡6%、Z 彡 10%、KIC>60.0Mpaml/2o
【主權項】
1.一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 步驟I，壓制電極塊: 選取O級海綿鈦、VAlFe和AlV中間合金混合均勻，壓制成電極塊； 步驟2，焊接電極: 將步驟I壓制得到的電極塊在氬氣保護的等離子焊箱中焊接成熔煉用自耗電極； 步驟3，鑄錠熔煉: 將步驟2得到的電極置于真空自耗電弧爐中，經(jīng)兩次電流控制熔煉和一次溶滴數(shù)量控制熔煉的方式進行熔煉，即得到大規(guī)格T 1-1023合金鑄錠。2.根據(jù)權利要求1所述的一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，其特征在于，所述步驟I中各原料的合金的重量百分比配比為T1-10V-2Fe-3Al。3.根據(jù)權利要求1所述的一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，其特征在于，所述第一次電流控制熔煉的參數(shù)為:漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為4.0kA?12kA，穩(wěn)弧電流為直流1.0?1A，熔煉電壓為28?36V，熔煉后冷卻時間多2小時。4.根據(jù)權利要求1所述的一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，其特征在于，所述第二次電流控制熔煉的參數(shù)為:漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉電流為6.0kA?15kA，穩(wěn)弧電流為交流2.0?1A，熔煉電壓為32?37V，熔煉后冷卻時間多2.5小時。5.根據(jù)權利要求1所述的一種制備大規(guī)格T1-1023合金鑄錠的方法，其特征在于熔滴控制熔煉，其參數(shù)為:漏氣率控制在0.12Pa/min以下，熔煉速度為5.0?20kg/min，穩(wěn)弧電流為交流5.0?15A，熔滴數(shù)量為6.0?18 (I /s)，熔煉后冷卻時間彡3小時。6.根據(jù)權利要求1所述的一種制備大規(guī)格Til023合金鑄錠的方法，其特征在于，所述每次熔煉所采用的坩禍規(guī)格逐漸增大。7.根據(jù)權利要求1所述的一種制備大規(guī)格Til023合金鑄錠的方法，其特征在于，所述每次熔煉后將鑄錠進行平頭處理，然后掉頭，進行下一次熔煉。
【文檔編號】C22C14/00GK105925841SQ201610362522
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】何永勝, 羅文忠, 王濤, 王凱旋, 何濤, 劉向宏
【申請人】西部超導材料科技股份有限公司