[发明专利]一种钛合金扁铸锭的制备方法及含铝锰元素的钛合金

说明书

本发明公开了一种钛合金扁铸锭的制备方法，所述扁铸锭采用等离子冷床炉一次熔炼获得；首先，将炉料铺在所述等离子冷床炉的熔炼区；系统抽真空，然后充氦气，炉料经熔炼枪熔化后，在所述熔炼区形成钛合金熔池；然后启动送料器，持续将炉料送入熔炼区；熔炼区中熔融的钛合金持续进入精炼区，经精炼枪精炼后，进入铸锭结晶器；保温枪加热铸锭结晶器内的熔融钛合金，熔融态钛合金边凝固边抽锭，以连铸方式得到钛合金扁铸锭。本发明还公开了该方法得到的含铝锰元素的钛合金扁铸锭，其含有如下质量百分比的化学成分：Al：1.0‑5.0％，Mn：0.7‑2.0％，Fe≤0.30％，O≤0.15％，N≤0.05％，H≤0.01％，C≤0.08％，余量为Ti。本发明的制备方法简化了生产工序，节省了时间，降低了成本。

技术领域

本发明涉及钛合金领域，具体涉及一种钛合金及其扁铸锭，以及制备方法。

背景技术

钛合金因比强度高、耐蚀和疲劳性能好而广泛应用于飞机的机体结构。如美国的F-22、F-35、欧洲“台风”等战机的钛合金用量占其结构重量的20-40％。在欧美新研制的B787、A350客机上钛合金用量也已达到14-15％。随着飞机设计的不断发展，航空工业对钛合金的需求越来越大，要求越来越高。如何在保证产品质量的前提下降低成本已成为全世界钛合金供应商共同面临的挑战。它推动了以粉末冶金、激光成型、冷床炉一次熔炼等为代表的一批降本新技术的快速发展和推广。

其中冷床炉是20世纪六十年代发展起来的特种熔炼技术(专利US3342250A)。根据热源的不同，冷床炉可分为电子束冷床炉和等离子冷床炉。该技术发明之初，主要用于解决钢和高温合金生产中元素偏析和氧化物夹杂的问题(专利US4027722)。七十年代开始转向钛及钛合金的熔炼(专利US4654858、US4750542、US4961776、US5972282)。上世纪八十年代末九十年代初，冷床炉熔炼的钛合金产品开始用于生产航空发动机转动部件(专利US6019812、US20050012252A1)。

经过多年的实践，冷床炉熔炼已成为优质钛及钛合金的理想冶炼技术，并被认为是去除低密度“硬α夹杂”和高密度夹杂最有效的手段(专利CN200910023092.4、CN200810150329.0、CN201210500156.7)。这是由冷床炉的特点所决定的。首先其热源(电子束或等离子弧)温度非常高(理论可达6000℃)。当电子束和等离子弧对料块进行扫描时，能直接融化钛及钛合金中的“硬α夹杂”(主要成分是TiN)和高密度夹杂(W、Mo、Nb等)。其次电子束炉的高真空条件和等离子炉的保护气氛都可有效地降低炉内气氛中氮气的分压，为低密度“硬α夹杂”分解提供了有利的热力学条件。另外，由于冷床炉熔炼包含熔炼、精炼和凝固三个过程，未溶解的夹杂进入熔池后，在熔池中有相当长的驻留时间，可以使高密度夹杂充分沉淀，低密度夹杂充分上浮。同时，电子束或等离子弧对熔池液面表层扫描时有一定的射流搅拌作用，为漂浮夹杂物的溶解提供了良好的动力学条件。由于纯净化熔炼效果明显，近十年来，欧美国家生产的钛合金中，低密度夹杂和高密度夹杂的发现概率大幅度降低。

传统真空自耗熔炼工艺，需要进行电极块组装、焊接、板坯锻造等生产环节，成材率不高，制造时间长，成本较高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种过程简单的钛合金扁铸锭的制备方法。

本发明的技术方案是，一种钛合金扁铸锭的制备方法，

所述扁铸锭采用等离子冷床炉一次熔炼获得；

首先，将炉料铺在所述等离子冷床炉的熔炼区；系统抽真空，然后充氦气，炉料经熔炼枪熔化后，在所述熔炼区形成钛合金熔池；

然后，启动送料器，持续将炉料送入熔炼区；熔炼区中熔融的钛合金持续进入精炼区，经精炼枪精炼后，进入铸锭结晶器；保温枪加热铸锭结晶器内的熔融钛合金，熔融态钛合金边凝固边抽锭，以连铸方式得到钛合金扁铸锭。

保温枪的功能为加热铸锭结晶器33内的熔融钛合金以及钛合金铸锭的保温补缩。