[发明专利]一种生产TC4钛合金圆锭/扁锭的方法

说明书

本发明公开一种VAR炉+7枪冷阴极EB炉联合生产TC4钛合金圆锭/扁锭的方法，按国标规定成分范围内取平均值后作为基准值，然后将Al元素的基准值增加，V元素的基准值下降后作为压块料的配比成分。按配比进行合金包的包制，并将海绵钛与合金包压制成电极块，采用等离子焊机将电极块焊接成长电极，并用VAR炉熔炼成一次铸锭，再将VAR炉熔炼的一次锭用7枪冷阴极EB炉进行第二次熔炼，即可获得超大规格高品质TC4钛合金圆锭/扁锭。本发明操作方便、能实现铝钒元素的控制，并能大幅度提升TC4钛合金的铸锭中铝钒元素的稳定性，实现传统TC4钛合金产品的品质得以进一步的提高，使产品获得良好的市场竞争能力。

技术领域

本发明涉及一种VAR炉+7枪冷阴极EB炉联合生产低成本大规格高品质TC4钛合金圆锭/扁锭的方法，属于工程技术领域。

背景技术

我国钛工业经过十多年的高速发展，产能严重过剩，钛材的低端产品市场供大于求，高端产品产能不足的行业特征，特别是航空、航天、海洋、医疗等高端应用领域所需高品质TC4钛合金仍然主要依赖进口。针对这一现状及面对激烈的竞争市场，中国钛产业必须寻找新的发展方向，着力发展高端产品，形成自己的核心竞争力。

传统的真空自耗电弧炉（以下简称VAR炉）生产TC4钛合金，工艺简单，但需要多次熔铸，成材率低、生产成本高，且存在高密度夹杂（HDI）和低密度夹杂（LDI）难以去除的工艺难题，给后续材料的使用留下严重安全隐患。电子束冷床熔炼炉(EBCHM，以下简称EB炉），具有精炼提纯的功能，可有效去除钛合金中含有的HDI和LDI，获得更洁净的产品，但工艺复杂，稳定控制成分的技术难度大。特别是热阴极电子枪的功率大，真空度高，很容易使得饱和蒸汽压低的合金元素出现烧损或挥发。

通过对现有技术文献的检索，关于VAR炉+7枪冷阴极EB炉联合熔铸生产工艺，尚未发现相关报导。

发明内容

针对国内生产出的TC4钛合金，容易存在HDI、LDI和产品成分性能不稳定的不足，本发明提供一种VAR炉+7枪冷阴极EB炉联合生产TC4钛合金圆锭/扁锭的方法，采用该方法生产TC4钛合金的成分偏析得以有效控制，HDI和LDI得以很好的消除。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种VAR炉+7枪冷阴极EB炉联合生产TC4钛合金圆锭/扁锭的方法，经过下列各步骤：

（1）根据TC4合金的国标上下限要求取Al元素和V元素的平均值作为基准值，即Al：6.125%，V：4.0%；

（2）Al元素的基准值加1.5~2.0%，V元素发基准值降0.1~0.4%，以此作为名义成分；

（3）按制定好的名义成分进行配比，V元素以粒径8~12mm的65Al-35V合金颗粒为原料，Al元素以铝箔和粒径为10~16mm的铝豆颗粒为原料，将合金颗粒和铝豆颗粒采用铝箔进行包装得到合金包，将合金包按重量平均分为四等份，再将所需添加的海绵钛按重量分为四等份；

（4）将一等份海绵钛倒进模具后，将海绵钛铺平，再将一个合金包平放进海绵钛正中间（模具中间），再倒入一等份海绵钛，再铺平，再放入两个合金包，一个放在模具对侧（面对模具的远侧），一个放在模具近侧（面对模具的近侧），再倒入一等份海绵钛，再铺平，再放入一个合金包，最后再将一等分海绵钛倒入模具里；

（5）开启压块机，采用25MPa的压力进行压制，压制保压时间为20~30s，保压完成后退模，获得电极块；重复上述操作，制备完成若干电极块；

（6）用等离子机焊机将电极块焊接成电极，并在VAR炉上进行一次熔炼，熔炼采用长弧慢熔炼工艺，熔炼的过程中电弧长度控制为150~200mm，熔炼电流为3500~4000A，电压36~40V，熔炼速度为3~4 kg/min；