一種防止高鋁鈦合金一次熔煉掉渣的擠壓熔煉方法與流程
2023-05-31 14:49:46
本發明涉及一種熔煉方法，尤其是涉及一種防止高鋁鈦合金一次熔煉掉渣的擠壓熔煉方法。
背景技術：
鈦合金由於具有各種優良的性能（密度小、比強度高、耐腐蝕、耐高低溫性能好、無磁、無毒，等），被廣泛應用於航空航天、醫療、化工、艦船等領域。隨著應用領域的不斷增多，市場對鈦合金的性能也提出了更高的要求。為了滿足航空航天結構件對高溫鈦合金的需求，國內外研究者開發了鈦鋁合金，al含量在42%—48%內變化。國內高鋁鈦合金的研究還處於起步階段，擠壓熔煉工藝還在不斷的探索當中。
現有常規鈦合金的擠壓熔煉，合金元素較少，合金原料大部分為海綿鈦，擠壓電極過程中，只需採用少量海綿鈦打底，將配料合金混合均勻，鋪於海綿鈦之上，採用擠壓機進行擠壓，製備熔煉電極，即可滿足鈦合金的熔煉生產。但高合金量的鈦合金，因合金元素太多，採用常規鈦合金擠壓熔煉方法，熔煉過程中會存在熔煉一次錠，掉渣的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是為解決現有技術中因為合金元素太多，採用常規鈦合金擠壓熔煉方法，熔煉過程中會存在熔煉一次錠掉渣的問題，提供一種防止高鋁鈦合金一次熔煉掉渣的擠壓熔煉方法，本發明將配製好的合金混合均勻，並均勻的平分成4—5份，採用0.1—0.3mm厚的鋁箔包裹成合金包，合金包尺寸略小於擠壓腔體尺寸，方便後續擠壓電極，海綿鈦包裹合金包。擠壓前，先將配料所需海綿鈦均分為3份，其中1份海綿鈦進行擠壓打底，將另2份海綿鈦其中的1份，再均分4—5份，擠壓機腔體中每放入一個合金包，加入1/12或1/15的海綿鈦用於固定合金包，以確保擠壓完成，所有合金包包裹在海綿鈦內。最後將剩餘1/3海綿鈦全部加入，進行擠壓，製備熔煉電極。
本發明為解決上述技術問題的不足，所採用的技術方案是：
一種防止高鋁鈦合金一次熔煉掉渣的擠壓熔煉方法，包括如下步驟：
步驟一、合金配料，根據待擠壓熔煉高鋁鈦合金中各個成份的含量，選取配料合金使除去鋁和鈦外其他成分的含量符合其在待擠壓熔煉高鋁鈦合金中所佔比例，根據各組分所佔含量比確定所需配料合金的重量，根據鈦在待擠壓熔煉高鋁鈦合金中的比例結合所需配料合金中鈦的重量來計算剩餘鈦的總量，取重量等於剩餘鈦重量的海綿鈦；
步驟二、製備合金包：選用0.1—0.3mm厚的鋁箔4-5張，單張鋁箔規格為長×寬：600mm×400mm，根據步驟一中選用的合金配料計算出合金配料中所含鋁的總重量，將合金配料中鋁的總重量與所取鋁箔總重量相加與待擠壓熔煉高鋁鈦合金中鋁的總重量進行校對，校對後鋁的含量如果少於所需製備高鋁鈦合金鋁含量的需求，則採用與校對中缺少重量相同重量的鋁豆進行補充；根據合金配料的重量及合金配料顆粒大小，合金配料中粒度直徑≥5mm的配料顆粒含量達到60%以上，選用0.3mm厚的鋁箔；合金配料中粒度直徑≥5mm的配料顆粒含量20%—60%之間，選用0.2mm厚的鋁箔；合金配料中粒度直徑≥5mm的配料顆粒含量20%以下，選用0.1mm厚的鋁箔，先步驟一中的合金配料充分混合，再將混合均勻後的合金料和鋁豆再次混合，採用所取鋁箔包裹合金，製備合金包，合金包厚度不超過5cm，長寬為擠壓過程中所用擠壓機擠壓腔體口徑的80%；
步驟三、熔煉電極的擠壓：將所需海綿鈦進行依次均分並分成3份，每份重量為電極所需海綿鈦重量的1/3；任意取其中1份海綿鈦進行二次均分為4-5份，每份為海綿鈦總重量的1/15-1/12，取一次均分後的其中1份海綿鈦放入電極擠壓機，進行擠壓電極打底，然後將製備好的合金包從下至上依次疊放在擠壓機內打底的海綿鈦上，再放置合金包過程中，每放一個合金包，取一份二次均分後的海綿鈦放入擠壓機中，包裹在放入的合金包四周，包裹完畢後再放入另一合金包，依次重複，直至合金包全部放入，取一次均分後剩餘的一份重量為總重量1/3的海綿鈦放入擠壓機中合金包頂部打頂，然後啟動擠壓機進行電極擠壓；
步驟四、合金錠的熔煉：取步驟三中製備好的擠壓電極，進行焊接，製備熔煉電極，採用常規熔煉工藝進行熔煉，一次錠出爐後要求存放在溫度為100℃的烘箱中保溫3小時以上，再進行出爐扒皮；二次錠爐內冷卻1小時後迅速出爐，出爐後立即存放在溫度要求為150℃的烘箱中保溫6小時，然後隨爐冷卻至室溫；
步驟五、鑄錠的修整：將步驟四中熔煉完成的鑄錠，採用線切割的方式去除熔煉收弧端縮孔，再進行表面的扒皮拋光。
所述步驟一中的配料合金為鋁合金或者鈦合金中的至少一種。
其特徵在於：所述步驟一中的配料合金為鋁合金。
所述步驟二中鋁箔的厚度採用如下方式進行確定：
本發明的有益效果是：本發明專利所描述的高鋁鈦合金的擠壓熔煉方法，解決了鈦合金因合金元素太多，一次熔煉掉渣的問題。同時，鑄錠熔煉完成後，組織緻密，質量良好，內部裂紋較少，成品率較高。（1）解決了高鋁鈦合金熔煉電極擠壓的問題：將合金元素採用較厚的鋁箔進行包裹，擠壓海綿鈦包裹合金包。（2）合金擠壓改進方案簡單可行：改進後擠壓方案，僅將合金料採用鋁箔包裹，再用海綿鈦包裹合金包，很好的解決了熔煉電極擠壓後，電極塊料鬆散，一次熔煉掉渣的問題。（3）提高了高鋁鈦合金鑄錠熔煉的成品率：按照常規鈦合金擠壓熔煉工藝，經常因一次錠熔煉掉渣，造成整根電極的浪費。通過此專利的改進方案，無一次錠熔煉掉渣風險，提高了產品的成品率。
具體實施方式
實例1：高鋁鈦合金ti-29al-18.57nb-0.86w-0.05b-0.06y（wt%）鑄錠的熔煉（成品錠規格：φ220、70kg），需投料100kg。採用0.2mm鋁箔製備合金包。
第一步，合金配料：根據所需製備高鋁鈦合金的重量及成分需求，需擠壓10根電極，每根電極10kg，選用超0級海綿鈦5143g，合金包需配alnb50合金：3673.7g；alw55合金：156.2g；aly80合金：7.5g；硼粉：5.3g；鋁豆：366.3g；鋁箔：648g（共5張，每張鋁箔尺寸：600mm×400mm×0.2mm），製備合金包（300mm×100mm×3.5mm）。
第二步，合金元素的配料及製備合金包：將每種所需合金進行配料，均勻混合。並均勻的平分為5份，採用製備好的鋁箔進行包裹，製備合金包。
第三步，熔煉電極的擠壓：將所需海綿鈦分成3份，每份重量為電極所需海綿鈦重量的1/3；將分好的海綿鈦，其中1份再均分為5份。先將1/3重量的海綿鈦放入電極擠壓機，進行擠壓電極打底，然後將製備好的合金包依次平放入擠壓機，每放一個合金包，將1/15重量的海綿鈦放入擠壓機，用於包裹合金包四周，儘量確保海綿鈦包裹合金包效果良好。最後，將剩餘1/3的海綿鈦放入擠壓機打頂，進行電極擠壓。
第四步，合金錠的熔煉：將製備好的擠壓電極，進行焊接，製備熔煉電極，採用常規熔煉工藝進行熔煉，一次錠出爐後要求存放在溫度為100℃的烘箱中保溫3小時以上，再進行出爐扒皮。二次錠爐內冷卻1小時後迅速出爐，出爐後立即存放在溫度要求為150℃的烘箱中保溫6小時，然後隨爐冷卻至室溫。
第五步，鑄錠的修整：將熔煉完成的鑄錠，採用線切割的方式去除熔煉收弧端縮孔，再進行表面的扒皮拋光。
製備成品的化學成分如表1所示。成品錠高度450mm，重量76.9kg。
表1ti-29al-18.57nb-0.86w-0.05b-0.06y（wt%）化學成分
實例2：高鋁鈦合金ti-30al-11.7v-0.46y（wt%）鑄錠的熔煉（成品錠規格：φ220、70kg），需投料100kg。採用0.2mm鋁箔製備合金包。
第一步，合金配料：根據所需製備高鋁鈦合金的重量及成分需求，需擠壓10根電極，每根電極10kg，選用超0級海綿鈦5723.8g，合金包需配alv60合金：2015g；aly80合金：55.2g；鋁豆：1428.4g；鋁箔：777.6g（共4張，每張鋁箔尺寸：600mm×400mm×0.3mm），製備合金包（300mm×100mm×4.1mm）。
第二步，合金元素的配料及製備合金包：將每種所需合金進行配料，均勻混合。並均勻的平分為5份，採用製備好的鋁箔進行包裹，製備合金包。
第三步，熔煉電極的擠壓：將所需海綿鈦分成3份，每份重量為電極所需海綿鈦重量的1/3；將分好的海綿鈦，其中1份再均分為4份。先將1/3重量的海綿鈦放入電極擠壓機，進行擠壓電極打底，然後將製備好的合金包依次平放入擠壓機，每放一個合金包，將1/12重量的海綿鈦放入擠壓機，用於包裹合金包四周，儘量確保海綿鈦包裹合金包效果良好。最後，將剩餘1/3的海綿鈦放入擠壓機打頂，進行電極擠壓。
第四步，合金錠的熔煉：將製備好的擠壓電極，進行焊接，製備熔煉電極，採用常規熔煉工藝進行熔煉，一次錠出爐後要求存放在溫度為100℃的烘箱中保溫3小時以上，再進行出爐扒皮。二次錠爐內冷卻1小時後迅速出爐，出爐後立即存放在溫度要求為150℃的烘箱中保溫6小時，然後隨爐冷卻至室溫。
第五步，鑄錠的修整：將熔煉完成的鑄錠，採用線切割的方式去除熔煉收弧端縮孔，再進行表面的扒皮拋光。
製備成品的化學成分如表2所示。成品錠高度455mm，重量77.8kg。
表2ti-30al-11.7v-0.46y（wt%）化學成分
本發明所列舉的技術方案和實施方式並非是限制，與本發明所列舉的技術方案和實施方式等同或者效果相同方案都在本發明所保護的範圍內。