一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業製備方法
2023-05-09 12:38:16
專利名稱：一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業製備方法
技術領域：
本發明涉及一種合金材料的製備方法，尤其是涉及一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業制 備方法。背景技術：
背景技術：
中，由於鈦及鈦合金的熔點高、化學性質非常活潑，在其熔煉時，液態的鈦及 鈦合金幾乎能與所有的耐火材料發生反應。因此，工業上製備鈦及鈦合金鑄錠幾乎均採取 真空自耗電弧熔煉技術。真空自耗電弧熔煉技術是一種近似區域熔煉的技術，其熔煉工藝 參數的可控範圍小。因次，製備合格鈦合金鑄錠的關鍵在於製備各種合金元素配料沿自耗 電極縱向分布均勻的自耗電極。對於工業上通常使用的鈦及鈦合金，其合金元素大多可以 採取中間合金的形式，加入到海綿鈦中，然後壓製成電極塊，製備成沿縱向分布「均勻」的自 耗電極，從而熔煉成滿足要求的鈦合金鑄錠。但對於像Ti-26Nb-8Sn形狀記憶合金這樣高 鈮含量的特殊鈦合金，由於鈮的含量較高，又不能通過製備合適的中間合金的形式加入到 配料中，加之鈮的熔點高出鈦的熔點較多，使得工業上製備像Ti-26Nb-8Sn這類特殊鈦合 金的合格鑄錠非常困難。曾經採取的方法之一是將金屬鈮製成與電極塊等長的細條，與海 綿鈦及鈦錫中間合金一起壓製成電極塊，再將這種電極塊焊接成自耗電極經多次真空自耗 電弧熔煉製備這類高鈮含量鈦合金鑄錠。這種方法製備的鑄錠，往往在鑄錠心部存在不熔 的鈮塊夾雜。另一種方法是使用一根通常的大鈮棒作為自耗電極的心部，將海綿鈦及其它 合金元素配料壓製成電極塊焊接到心部的鈮棒上製成自耗電極。這種方法雖然可以用真空 自耗電弧熔煉技術製備基本上合格的這類高鈮含量鈦合金鑄錠，但在實際操作上，要求用 遠超常規熔煉工藝制度的措施進行熔煉操作，極易造成設備損傷。此外，自耗電極各部位熔 化所需熱能差異很大、導致熔煉過程中自耗電極的熔化部位周圍的海綿鈦電極塊因優先熔 化太過嚴重，會出現「剝皮」滴熔現象，也必然導致鑄錠的化學成分的均勻性較差。
發明內容
本發明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業制 備方法，其可採用常規的真空自耗電弧熔煉技術，工業規模地製備出化學成分均勻、無鈮夾 雜的高鈮含量鈦合金鑄錠。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為
一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業製備方法，其特徵在於製備出適合於採用真空自耗 電弧熔煉方法的高鈮含量鈦合金鑄錠的自耗電極，採取工業上常規的鈦合金鑄錠熔煉工 藝，製備出化學成分均勻、無鈮夾雜的高鈮含量鈦合金鑄錠。上述步驟包括按合金的名義化學成分計算出一個初熔鑄錠所需的各合金元素的 質量，其中，鈦以海綿鈦的形式配入，錫以鈦錫中間合金的形式配入，鈮以純金屬形式配入， 將金屬鈮製成大小合適的條材，其長度根據熔煉爐所需自耗電極的長度來確定，根據熔煉 爐所需自耗電極的規格，將海綿鈦和鈦錫中間合金分配成相應的份數，每份壓製成一個電 極塊，並將這些電極塊焊接成長條狀，然後將事先準備好的鈮條布置在已焊接好的電極塊 四周，並與電極塊焊接牢固，製備成適合真空自耗電弧熔煉的自耗電極，然後再與輔助電極
3焊接牢固，裝入真空電極電弧熔煉爐，採取工業上常規的鈦合金鑄錠熔煉工藝，經重熔後， 製備出化學成分均勻、無鈮夾雜的Ti-26Nb-8Sn合金鑄錠。上述方法製備的高鈮含量鈦合金鑄錠為Ti-26Nb-8Sn合金、Ti-20 28Nb_6 IOSn-O 4Zr、Ti_22Nb_6Zr 或 Ti_35Nb_10Zr 合金鑄錠。與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下
採用本發明所製備的Ti-26Nb-8Sn合金工業鑄錠，經解剖，鑄錠無鈮夾雜存在，化學成 分均勻，由這種方法製備的Ti-26Nb-8Sn合金工業鑄錠加工出來的棒絲材料，性能優異，具 有良好的超彈性。四
圖1為事先備好的金屬鈮條和示意圖； 圖2為用海綿鈦及鈦錫中間合金壓制的電極塊示意圖； 圖3為海綿鈦及鈦錫中間合金壓制的電極塊焊接後示意圖； 圖4為海綿鈦及鈦錫中間合金壓制的電極塊焊接後與金屬鈮條焊接後的示意圖； 圖5為自耗電極與輔助電極焊接後示意圖。五具體實施例方式
Ti-26Nb-8Sn合金鑄錠的一種工業製備方法
在Ti-26Nb-8Sn這類高鈮含量的特殊鈦合金中，其合金組元中含有大量的鈮等高熔 點的難熔金屬成分，而且它們不能以中間合金的形式配入合金中，使用本發明的方法製備 自耗電極，採取傳統的常規鈦合金鑄錠製備技術，可以製備出化學成分均勻且無鈮夾雜的 Ti-26Nb-8Sn合金的工業規模鑄錠。自耗電極的製備方案如下
先按合金成分計算一個初熔鑄錠中各組元的含量，按照中間合金加入原則，將合金組 元中的鈦以海綿鈦的形式配入，錫以鈦錫中間合金形式配入，將鈮以純金屬形式製備成大 小適當的條材備用，按熔煉爐所需的自耗電極的規格，分配每節電極塊的配料，將每節電極 塊中除鈮以外的合金組元配料按縱向均勻分布的原則布料並壓製成電極塊，然後將這些電 極塊合理布置並焊接成「棒」狀，將事先製備好的鈮條裁成與電極塊焊「棒」相等的長度，將 這些鈮條布置在電極塊焊「棒」四周，並與電極塊焊接牢固，從而製成供真空自耗電弧熔煉 用的自耗電極。自耗電極1製備好後，再與輔助電極2焊接牢固，即可採取與常規鈦合金熔煉技術 相近的工藝技術製備出化學成分均勻且無鈮夾雜的Ti-26Nb-8Sn合金工業鑄錠。採用本發明製備直徑290mm、高800mm的Ti-26Nb_8Sn合金鑄錠的步驟如下
1 .先按Ti-26Nb-8Sn合金配料計算出一個直徑160mm高度320mm的初熔鑄錠所需的 海綿鈦、鈦錫中間合金和金屬鈮條的質量，將海綿鈦、鈦錫中間合金按要求壓製成電極塊， 將金屬鈮製成細條狀，其長度與焊接後的電極塊焊「棒」相等，如圖1、圖2所示；將電極塊 焊接成「棒」狀，如圖3所示，再將金屬鈮條焊接到電極塊焊「棒」上，製成自耗電極1，如圖 4所示，最後將其與輔助電極2焊接牢固，如圖5所示。2 .自耗電極裝爐後抽真空到10—2Pa後可開始真空自耗電弧熔煉，採取與常規鈦 合金熔煉工藝制度相近的熔煉工藝，即選取熔煉電流3200A、熔煉電壓28 30V，可順利 平穩地完成熔煉過程，製備出Φ 160 X 320mm的Ti_26Nb_8Sn合金初熔鑄錠。
3 .幾個這種初熔鑄錠，再次焊接成自耗電極，可輕鬆地熔煉成直徑220mm高約 700mm的二次重熔鑄錠，兩個二次重熔錠經再次重熔，即可獲得直徑290mm高度800mm的 三次重熔鑄錠，從而完成Ti-26Nb-8Sn合金工業鑄錠的製備。所述的高鈮含量鈦合金鑄錠還可以為Ti-20 28Nb-6 IOSn-O 4Zr、 Ti-22Nb-6Zr或 Ti-35Nb_10Zr 合金鑄錠。
權利要求
1.一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業製備方法，其特徵在於製備出適合於採用真空自 耗電弧熔煉方法的高鈮含量鈦合金鑄錠的自耗電極(1)，採取工業上常規的鈦合金鑄錠熔 煉工藝，製備出化學成分均勻、無鈮夾雜的高鈮含量鈦合金鑄錠。
2.根據權利要求1所述的一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業製備方法，其特徵在於按 合金的名義化學成分計算出一個初熔鑄錠所需的各合金元素的質量，其中，鈦以海綿鈦的 形式配入，錫以鈦錫中間合金的形式配入，鈮以純金屬形式配入，將金屬鈮製成大小合適的 條材，其長度根據熔煉爐所需自耗電極(1)的長度來確定，根據熔煉爐所需自耗電極(1)的 規格，將海綿鈦和鈦錫中間合金分配成相應的份數，每份壓製成一個電極塊，並將這些電極 塊焊接成長條狀，然後將事先準備好的鈮條布置在已焊接好的電極塊四周，並與電極塊焊 接牢固，製備成適合真空自耗電弧熔煉的自耗電極(1)，然後再與輔助電極(2)焊接牢固， 裝入真空電極電弧熔煉爐，採取工業上常規的鈦合金鑄錠熔煉工藝，經重熔後，製備出化學 成分均勻、無鈮夾雜的Ti-26Nb-8Sn合金鑄錠。
3.根據權利要求1或2所述的一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業製備方法，其特徵在於 高鈮含量鈦合金鑄錠為Ti-26Nb-8Sn合金、Ti_20 28Nb_6 IOSn-O 4Zr、Ti_22Nb_6Zr 或Ti-35Nb-10&合金鑄錠。
全文摘要
本發明涉及一種高鈮含量鈦合金鑄錠的工業製備方法，其可採用常規的真空自耗電弧熔煉技術，工業規模地製備出化學成分均勻、無鈮夾雜的高鈮含量鈦合金鑄錠。本發明採用的技術方案為製備出適合於採用真空自耗電弧熔煉方法的高鈮含量鈦合金鑄錠的自耗電極，採取與工業上常規鈦合金鑄錠的熔煉工藝相近的工藝，製備出化學成分均勻、無鈮夾雜的高鈮含量鈦合金鑄錠。
文檔編號C22C14/00GK102000806SQ201010585190
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者唐衛勝, 梁曉宏 申請人:西安群德新材料科技有限公司