[发明专利]一种洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法，属于钛合金熔炼技术领域。

背景技术

钛合金因其比强度高、耐腐蚀、耐高温等优点广泛用于航空、航天等领域。大多数钛及钛合金部件是通过海绵钛或纯合金添加元素、中间合金和海绵钛压制电极块，然后焊接电极块为电极，经真空自耗电弧熔炼成铸锭，经锻造改善组织性能，加工而成的。海绵钛的主要生产方法是Kroll方法，在镁还原和真空蒸馏过程中，由于可能存在的漏气和污染，所生产的海绵钛中不可避免的存在富氮的夹杂，在随后的破碎过程中和回收料中有存在WC高熔点夹杂的可能性。

目前，传统的钛及钛合金铸锭熔炼方法是真空自耗电弧熔炼技术，根据铸锭的化学成分和使用要求，采用二次或三次熔炼。尽管真空自耗电弧熔炼方法已经是成熟的熔炼技术，可以熔炼出化学成分合格的各种钛及钛合金铸锭，但由于熔炼过程中电极中的所有原料都进入铸锭中，液态熔池的维持时间较短，这种技术不能有效地去除高熔点的TiN夹杂和WC夹杂。由于TiN夹杂和WC夹杂与基体金属的力学性能不匹配，含有这种夹杂的铸锭在以后的加工中容易开裂产生微裂纹。由于钛合金的杂波高，在大断面和大厚度的部件中，这种小裂纹不能通过无损探伤等技术彻底消除。含有这种冶金缺陷的部件在服役过程中会在微裂纹处造成应力集中，形成裂纹源，引起部件的疲劳失效，降低部件使用寿命，造成极大的经济损失。

因此需要采取一种可靠的、低成本的熔炼技术来消除这种冶金缺陷，生产出无夹杂的洁净钛及钛合金铸锭。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种熔炼成本低，可以有效地去除钛及钛合金原料中的TiN和WC夹杂等冶金缺陷的洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法，其特征在于该方法的步骤为：称取海绵钛或称取纯合金添加元素、中间合金和海绵钛，将海绵钛或将混合后的纯合金添加元素、中间合金和海绵钛，压制成电极块，将压制成的电极块焊接为电极，用电子束冷床炉将所述电极进行一次电子束冷床熔炼，得到洁净的、化学成分均匀的钛或钛合金铸锭；所述电子束冷床熔炼的熔炼真空度低于6×10^-2Pa，熔炼速度为70-150kg/h，熔炼功率为100-300kW；所述纯合金元素和中间合金为钛合金铸锭总重量的0％-20％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明生产的钛及钛合金铸锭，化学成分均匀，铸锭宏观组织优于真空自耗电弧熔炼铸锭，无TiN和WC等高熔点夹杂；只需要电子束冷床一次熔炼，不需要二次或三次熔炼，降低了生产成本；本发明适用于生产冶金质量要求高的铸锭。

具体实施方式

实施例1

工业纯钛TA2的熔炼：称量一级海绵钛20kg，将一级海绵钛压制成电极块，电极块单重20kg，将压制成的电极块焊接为电极，电极长度约为1500mm。在电子束冷床熔炼炉上将所述电极一次熔炼成Ф215mm铸锭，熔炼真空度低于6×10^-2Pa，熔炼速度为100kg/h，熔炼功率为200kW。熔炼所得钛铸锭表面光洁，无皮下气孔、冷隔等。钛铸锭凝固组织很好。将钛铸锭锻造成Ф30mm棒材，表面车光，经0.8mm平底孔超声探伤，未发现TiN和WC夹杂。

实施例2

TC4合金的熔炼：根据合金成分要求，称量Al-V中间合金1.356kg，Al豆0.918kg，海绵钛17.726kg，将海绵钛、Al-V中间合金和Al豆混合后，压制成电极块，电极块单重20kg，将压制成的电极块焊接为电极，电极长度约为1500mm。在电子束冷床熔炼炉上将所述电极一次熔炼成Ф215mm钛合金铸锭，熔炼真空度低于6×10^-2Pa，熔炼速度为70kg/h，熔炼功率为180kW。钛合金铸锭表面光洁，无皮下气孔、冷隔等。钛合金铸锭凝固组织很好，心部是等轴晶，外部是柱状晶。化学成分均匀。将钛合金铸锭锻造成Ф30mm棒材，表面车光，经0.8mm平底孔超声探伤，未发现TiN和WC夹杂。

实施例3