[发明专利]一种提高钛及钛合金铸锭氧元素均匀性的制备方法

说明书

本发明属于钛及钛合金材料制备领域，公开了一种提高钛及钛合金铸锭氧元素均匀性的制备方法，对自耗电极配料：以2‑5级海绵钛为钛源进行配料，其中，先熔炼的1/2‑3/4长度自耗电极氧含量配比为目标值，后熔炼的1/2‑1/4长度自耗电极氧含量配比为在目标值上增加一定量；制备自耗电极：混料、压制、组合码垛、氩气保护等离子焊接，得到自耗电极；制备铸锭：对自耗电极进行两次真空自耗电弧熔炼，得到钛或钛合金铸锭。本发明解决了现有钛及钛合金铸锭生产成本高，氧元素均匀性依赖原料的高品级的问题，同时解决了2‑5级低品级海绵钛作为原料生产铸锭导致的真空自耗电弧熔炼后期铸锭严重脱氧的问题。

技术领域

本发明涉及钛及钛合金材料技术领域，具体涉及一种提高钛及钛合金铸锭氧元素均匀性的制备方法。

背景技术

钛及钛合金因具有比强度高、密度低、良好的韧性及耐腐蚀性等突出优点，广泛应用于航空航天、石油化工、海洋等领域。氧元素作为一种间隙杂质元素对钛及钛合金的材料性能有重大影响。因此，在钛及钛合金铸锭的熔炼生产过程中氧元素均匀性的控制显得十分重要。

在现有真空自耗电弧熔炼生产工艺中，由于2～5级海绵钛含有的Mg等强还原性物质在真空自耗电弧熔炼后期会引起剧烈的脱氧反应，导致应用低等级海绵钛所产铸锭不同部位氧含量偏差到达0.03％～0.06％，无法满足钛及钛合金铸锭后续加工和使用的要求。因此，如何使用低等级海绵钛生产出氧含量均匀的钛及钛合金铸锭成为现有真空自耗电弧熔炼生产工艺中的一个技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种提高钛及钛合金铸锭氧元素均匀性的制备方法，解决了现有钛及钛合金铸锭生产成本高，氧元素均匀性依赖原料的高品级的问题，同时解决了2-5级低品级海绵钛作为原料生产铸锭导致的真空自耗电弧熔炼后期铸锭严重脱氧的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种提高钛及钛合金铸锭氧元素均匀性的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对自耗电极配料：以2-5级海绵钛为原料进行配料，其中，先熔炼的1/2-3/4长度范围的自耗电极的氧元素配比为目标值，后熔炼的1/2-1/4长度范围的自耗电极的氧元素配比为在目标值上增加0.01％-0.06％的质量；其余元素按照钛或钛合金铸锭的成分比例配料；

步骤2，制备自耗电极：对每组配料分别进行混料、压制，得到对应的若干个电极块，将所有电极块进行组合码垛，再进行氩气保护等离子焊接，得到自耗电极；

步骤3，制备铸锭：对所述自耗电极进行两次真空自耗电弧熔炼，得到钛或钛合金铸锭。

本发明技术方案的特点和进一步的改进在于：

进一步地，以添加TiO₂的方式添加氧元素。

进一步地，所述压制为采用油压机对混合均匀的物料进行压制，压制的压力为5500-6500MPa，保压时间为30-60s。

进一步地，压制的单个电极块为1/3圆，3个电极组成一层，每层高度为200-300mm。

进一步地，所述氩气保护等离子焊接的焊接电流为400-500A，焊接速度为60-80mm/min。

进一步地，所述自耗电极为直径范围是480-820mm的圆柱体或最大对角线是480-820mm的棱柱体；其长度为3000mm-6000mm。

进一步地，所述两次真空自耗电弧熔炼的过程中，一次真空自耗电弧熔炼采用方向恒定的直流稳弧电流，二次真空自耗电弧熔炼采用电流方向周期性变化的直流稳弧电流。

更进一步地，所述一次真空自耗电弧熔炼的熔前真空度≤5Pa，熔炼电压30-33V，熔炼电流20-27KA，稳弧电流为14-16A。