[发明专利]自耗电极及其制备方法和在钛合金铸锭熔炼成型中的应用

说明书

一种自耗电极及其制备方法和在钛合金铸锭熔炼成型中的应用，该自耗电极包括沿轴向设有通孔的自耗电极主体及插设于通孔中的反偏析芯棒；反偏析芯棒中各元素的种类与自耗电极主体中各元素的种类相同；当自耗电极主体中含有正偏析元素和/或负偏析元素时，同种正偏析元素在反偏析芯棒中的重量含量低于其在自耗电极主体中的重量含量，同种负偏析元素在反偏析芯棒中的重量含量高于其在自耗电极主体中的重量含量。该自耗电极切合了偏析元素在凝固过程中的偏析规律，创造性地解决了自耗电极在熔池冷凝过程中所产生的元素偏析问题，从而提高了合金铸锭的品质稳定性。

技术领域

本发明涉及合金铸造技术领域，特别是涉及一种自耗电极及其制备方法和在钛合金铸锭熔炼成型中的应用。

背景技术

随着钛合金等合金材料在航空、航天、海洋、化工及医疗等诸多领域的应用越来越广泛，在合金铸造方面中元素偏析严重导致合金材料品质不均的问题越来越受关注。例如，钛合金多采用真空自耗电弧(英文简称VAR)熔炼的方式将海绵钛及各种中间合金或单质元素材料熔化凝固生产成为铸锭，由于VAR熔炼过程本身对坩埚气密性及熔池的稳定性有极高的要求，实际熔炼过程中很难通过搅拌的方式来控制合金成分的均匀性，因此海绵钛及各种合金元素都要经过混料、压制、焊接等流程制备成为成分较均匀的自耗电极，再进行VAR熔炼，但该方法仍然无法克服在熔池冷凝过程中所产生的元素偏析问题，生产得到的合金铸锭品质仍然不稳定。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高合金铸锭品质稳定性的自耗电极及其制备方法和在钛合金铸锭熔炼成型中的应用。

一种自耗电极，包括沿轴向设有通孔的自耗电极主体及插设于所述通孔中的反偏析芯棒；所述反偏析芯棒中各元素的种类与所述自耗电极主体中各元素的种类相同；当所述自耗电极主体中含有正偏析元素和/或负偏析元素时，同种正偏析元素在所述反偏析芯棒中的重量含量低于其在所述自耗电极主体中的重量含量，同种负偏析元素在所述反偏析芯棒中的重量含量高于其在所述自耗电极主体中的重量含量。

本申请人发现，在熔池冷凝过程中自耗电极的中心部分的温度高于自耗电极的边缘部分会导致正偏析元素从自耗电极的边缘向中心部分聚集。常规的减少偏析的方法是扩大温度梯度以提高凝固速度或者提高铸模的热辐射速度。而本申请创造性地将自耗电极设计成自耗电极主体及反偏析芯棒的组合结构。该自耗电极切合了偏析元素在凝固过程中的偏析规律，创造性地解决了自耗电极在熔池冷凝过程中所产生的元素偏析问题，从而提高了合金铸锭的品质稳定性；同时打破了在自耗电极熔炼过程中以人工方式添加含有偏析元素的合金包的传统反偏析布料方式，避免了合金包掉落熔池内导致熔池溶液不稳影响合金铸锭品质的问题，也省去了制备含有偏析元素的合金包及人工布料的步骤，另外也避免了人工布料不均精度难以控制及生产效率低下的问题，从而简化了布料操作，提高了生产效率。

在其中一个实施例中，所述反偏析芯棒的长度大于所述自耗电极本体的长度；

所述自耗电极的反偏析芯棒与自耗电极主体在一端齐平以用于在熔炼起弧时与真空自耗电极电弧炉的炉底相对设置，在另一端所述反偏析芯棒露出于所述自耗电极本体以用于固定。

在其中一个实施例中，当所述自耗电极主体中含有正偏析元素和/或负偏析元素时，从所述自耗电极齐平的一端至另一端，所述自耗电极主体中同种正偏析元素的重量含量逐渐降低，所述自耗电极主体中同种负偏析元素的重量含量逐渐增加。

在其中一个实施例中，所述自耗电极主体由多个设有通孔的电极块单元依次贴合并焊接而成；且当所述自耗电极主体中含有正偏析元素和/或负偏析元素时，从所述自耗电极齐平的一端至另一端，多个所述电极块单元含有的同种正偏析元素对应的重量含量逐渐降低，多个所述电极块单元含有的同种负偏析元素对应的重量含量逐渐增加。

在其中一个实施例中，所述电极块单元包括多个子电极块，多个所述子电极块沿周向拼接形成所述电极块单元。