一種真空自耗電弧熔煉用電極的製作方法
2023-07-09 06:20:01
專利名稱：一種真空自耗電弧熔煉用電極的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於真空自耗電弧熔煉技術領域，特別涉及一種真空自耗電弧熔煉用 電極。
背景技術：
真空自耗電弧熔煉是工業上製備鈦合金、鋯合金等稀有金屬鑄錠的常規方法。與 其它熔煉方法相比，真空自耗電弧熔煉可以製備大規格的鑄錠，目前國內利用真空自耗電 弧熔煉可以製備鈦合金的鑄錠直徑已經達到了 1050mm，重量為10噸。真空自耗電弧熔煉的 工作原理是，通常根據合金成分的配比將海綿鈦、海綿鋯以及各種合金原料在壓力機上制 備成自耗電極，在低壓或惰性保護氣氛中電極在直流電弧的高溫作用下迅速熔化並在水冷 銅坩堝內再次凝固，真空自耗電弧熔煉過程中電極沿軸向各截面順序熔化進入熔池。實際 熔煉過程中，為了使電弧工作穩定，通常在坩堝外加產生縱向磁場的穩弧線圈，以穩定電弧 及減少邊弧。外加的縱向穩弧磁場對於熔池有一定的攪拌作用，有利於熔煉過程中鑄錠各 橫截面合金成分的均勻，但是鑄錠合金成分的均勻性基本上還是取決於自耗電極合金元素 分布的均勻性。為了保證熔煉過程中電極軸向各截面均勻溶化，電極沒有成塊的局部直接掉入熔 池的現象，電極壓制後必須保證軸向各截面有一定的均勻結構強度，通常用電極的密度表 示。一般為滿足熔煉要求，電極塊的密度應不低於最終所熔煉鈦合金密度的70% (—般應 不低於3. 2g/cm3)。因此如何保證自耗電極在製備過程中各種合金成分的分布均勻而且制 備的電極本身具有一定的結構強度對於鑄錠成分的均勻性是非常重要的。鈦合金和鋯合金中，常含有高熔點難熔的合金元素Nb、Mo等。Nb、Mo等合金元素 的熔點與Ti和&等的熔點相差600°C左右，為了保證鑄錠成分的均勻，通常將Nb、Mo等制 成中間合金以降低熔點。中間合金在配製的電極中所佔的百分比很少時，可以直接破碎成 小塊或者車成碎削後和海綿鈦、海綿鋯混合直接壓製成電極。有些小塊的返回料也可以採 用這種方法重新加入到自耗電極中。通常為保證電極的結構強度，配製電極時海綿狀原料 所佔重量百分比不低於70%，其餘可以是塊狀或碎削狀的中間合金或者返回料。一旦合金 中Nb、Mo等合金元素的含量較高，壓制電極時難以變形的中間合金在電極中所佔的比例過 大，由於可變形的海綿狀原料過少，電極壓制後結構強度難以保證，常常在熔煉前就出現局 部掉塊的現象或者電極根本就無法成形。這種情況下，為製備出結構強度合格的電極，通常 將所需的中間合金及其它的各種原料都預先製備成板材，然後再按合金元素的配比將板材 拼焊成自耗電極。這種電極的結構由於預先要製備板材，電極的製備成本高而且製備的周 期長。另外，焊接時接頭的氧化汙染會帶入一定量的間隙元素0、N等到成品鑄錠中。
發明內容本實用新型針對現有技術中鈦合金或鋯合金壓制過程中高熔點、難熔中間合金和 返回料比例高時自耗電極的結構強度難以保證而提供一種中間合金和返回料比例高時的真空自耗電弧熔煉用電極的結構。一種真空自耗電弧熔煉用電極，其特徵在於，該真空自耗電弧熔煉用電極由海 綿狀物料和中間合金網經壓制而成，中間合金網的網格採用菱形結構，菱形的邊長為 10-20mm，菱形兩個邊所夾的銳角不小於60°，壓制而成的電極由海綿狀物料層和中間合金 網層構成，相鄰兩個中間合金網層之間為海綿狀物料層，且中間合金網層中海綿狀物料均 勻的鑲嵌在中間合金網的菱形孔洞中。所述中間合金網為具有網格的中間合金或返回料板材。所述海綿狀物料為海綿鈦、海綿鋯、或者海綿鈦和海綿鋯的混合料。上述真空自耗電弧熔煉用電極的中間合金網可以直接利用板材成品或者由常規 的軋制工藝軋制而成的板材，網格可由任何機加工的方法加工獲得，如板材直接在金屬拉 網機上拉成具有菱形空洞的金屬網、板材衝壓出菱形空洞等。板材的厚度以能方便的加工 出菱形空洞為宜。優選的中間合金網的網絲直徑為l_3mm。本實用新型的電極中中間合金或者返回料的比例可以提高到60%，中間合金或返 回料板材與海綿狀原料按照夾心結構分層布料，壓製成電極，電極壓制的過程中鑲嵌入可 以發生塑性變形的海綿狀原料從而保證電極的結構強度。無需預先將海綿狀原料製備成板 材。電極中海綿狀原料和網狀原料具體的分布及層數可根據壓制具體電極的尺寸及保證合 金元素的均勻分布靈活確定。海綿狀物料層和中間合金網層的厚度取決於電極的大小，及壓制電極前同種物料 預定的份數(物料交替出現的層數)。例如，單塊電極的尺寸大，預定的物料份數少，物料的 厚度就厚；相反單塊電極的尺寸小，預定的物料份數多，物料的厚度就薄。本實用新型所設計真空自耗電極結構的優點是中間合金或返回料板材與海綿狀 原料形成夾心結構，有利於合金元素的均勻；可以將自耗電極中中間合金或者返回料的比 例提高到60%，且直接與其餘的海綿狀原料壓制電極，無需預先將海綿狀原料製備成板材， 且所壓制電極的密度不低於最終所熔煉合金密度的70%。壓制好的電極未出現局部或整體 掉塊現象。
圖1是本實用新型結構示意圖；圖2是本實用新型中間合金網菱形結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明實施例1採用Ti-50Nb(Nb佔Ti-50Nb中間合金的重量百分比為50%，其餘為Ti)中間合 金1. 5mm板材及市售的海綿鈦和海綿鋯製備Ti-30Nb-20Zr (Nb佔Ti-30Nb_20&合金重量 百分比為30%，Zr佔Ti-30Nb-20&合金重量百分比為20%，其餘為Ti)合金的自耗電極。 首先將Ti-50Nb中間合金1. 5mm板材在普通拉網機上拉製成圖2所示的網(菱形結構的網 絲直徑為1. 5mm)，菱形的邊長為15mm，菱形兩個邊所夾的銳角為60°。按照Ti_30Nb_20Zr 的名義成分配製40公斤的電極塊需要24公斤Ti-50Nb中 合金網，8公斤的海綿鋯以及8公斤的海綿鈦。將24公斤Ti-50Nb中間合金網按重量等分成3份，8公斤的海綿鈦 按重量等分成4份，8公斤的海綿鋯按重量等分成2份。然後將上述等分好的原料按照 鈦-網-鋯-鈦-網-鋯-鈦-網-鈦的順序依次均勻的放入自耗電極擠壓模具，最後在 3000噸壓力機壓製成電極。實測電極塊的密度為4. 8g/cm3(Ti-30Nb-20&合金鑄錠的密度 約為 6. 5g/cm3)。 所得真空自耗電弧熔煉用電極結構示意圖如圖1所示。壓制而成的電極由海綿狀 物料層和中間合金網層構成，相鄰兩個中間合金網層之間為海綿狀物料層。海綿狀物料層 為海綿鈦層或海綿鋯層，或者海綿鈦和海綿鋯的混合料層，且中間合金網層中海綿鈦或海 綿鋯均勻的鑲嵌在Ti-50Nb中間合金網的菱形孔洞中。壓制好的電極未出現局部或整體掉 塊現象。
權利要求一種真空自耗電弧熔煉用電極，其特徵在於，該真空自耗電弧熔煉用電極由海綿狀物料和中間合金網經壓制而成，中間合金網的網格採用菱形結構，菱形的邊長為10-20mm，菱形兩個邊所夾的銳角不小於60°，壓制而成的電極由海綿狀物料層和中間合金網層構成，相鄰兩個中間合金網層之間為海綿狀物料層，且中間合金網層中海綿狀物料均勻的鑲嵌在中間合金網的菱形孔洞中。
2.根據權利要求1所述的一種真空自耗電弧熔煉用電極，其特徵在於，所述中間合金 網為具有網格的中間合金或返回料板材。
3.根據權利要求1所述的一種真空自耗電弧熔煉用電極，其特徵在於，所述中間合金 網的網絲直徑為l_3mm。
4.根據權利要求1所述的一種真空自耗電弧熔煉用電極，其特徵在於，所述海綿狀物 料為海綿鈦、海綿鋯、或者海綿鈦和海綿鋯的混合料。
專利摘要本實用新型公開了屬於真空自耗電弧熔煉技術領域的一種真空自耗電弧熔煉用電極。該電極由海綿狀物料和中間合金網經壓制而成，中間合金網的網格採用菱形結構，菱形的邊長為10-20mm，菱形兩個邊所夾的銳角不小於60°，壓制而成的電極由海綿狀物料層和中間合金網層構成，相鄰兩個中間合金網層之間為海綿狀物料層，且中間合金網層中海綿狀物料均勻的鑲嵌在中間合金網的菱形孔洞中。中間合金或返回料板材與海綿狀原料形成夾心結構，有利於合金元素的均勻；可以將自耗電極中中間合金或者返回料的比例提高到60％，且直接與其餘的海綿狀原料壓制電極，無需預先將海綿狀原料製備成板材，且所壓制電極的密度不低於最終所熔煉合金密度的70％。
文檔編號C22B9/21GK201608933SQ20092027810
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者于洋, 付豔豔, 葉文君, 惠松驍, 王希哲 申請人:北京有色金屬研究總院