[发明专利]一种高均匀NbTi合金铸锭的制备方法

说明书

一种高均匀NbTi合金铸锭的制备方法，其制备步骤包括：1)按配比进行海绵钛和铌棒的备料；2)钛电极块制备：将海绵钛压制形成钛电极块，所述钛电极块表面上成型有贯穿其相对两侧端的凹槽；3)自耗电极组装：将数块钛电极块和铌棒组装焊接形成棒状的自耗电极，所述自耗电极结构为铌棒外周包裹钛电极块；4)将制得的自耗电极进行三次熔炼，得到NbTi合金铸锭。本发明方法制备的铸锭无Nb不熔块、无黑斑，可批量化生产。

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种Φ280～Φ640mm规格的NbTi(铌钛)合金铸锭制备方法。

背景技术

自1911年荷兰物理学家K.昂纳斯发现超导性质后，现已发现了数十种金属和近4000种合金和化合物均有超导性。自超导性发现以来，超导技术高速发展，目前已广泛应于高能物理、受控热核聚变、储能、磁悬浮、核磁共振等高科技领域。超导材料是超导技术的基础，超导技术的应用范围和适用程度均与超导材料密切相关。

NbTi合金由于其较高的力学性能和优异的超导性能，是目前使用最为广泛的超导材料。Nb元素熔点高达2410℃，密度高达8.57g/cm3，而活性金属Ti的熔点仅为1687℃，密度仅4.50g/cm3，二者熔点、密度差异相差大，Nb不熔块风险大；同时由于组元密度和熔点之间的差异，使合金容易产生成分偏析，X射线检测显示为黑斑。目前，铌钛合金的铸锭通常采用海绵钛和铌屑混料制作电极进行多次熔炼。但是该制备方法仍然还会存在Nb不熔块、黑斑等现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种Φ280～Φ640mm规格NbTi合金铸锭制备方法，解决了铸锭中Nb不熔块和成分不均匀问题。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是一种高均匀NbTi合金铸锭的制备方法，其制备步骤包括：

1)按配比进行海绵钛和铌棒的备料；

2)，钛电极块制备：将海绵钛压制形成钛电极块，所述钛电极块一表面上成型有贯穿其相对两侧端的凹槽；

3)，自耗电极组装：将数块钛电极块和铌棒组装焊接形成棒状的自耗电极，所述自耗电极结构为铌棒外周包裹钛电极块；

4)将制得的自耗电极进行三次熔炼，得到NbTi合金铸锭。

所述步骤1)中，所述钛元素含量为40-60wt％。

所述步骤2)中，海绵钛压制形成钛电极块的压力强度为10～30MPa。

所述步骤3)中，数块钛电极块依次排列布料形成长条状的凹槽；将铌棒放置在长条状的凹槽中；再在排列好的钛电极块及铌棒上覆盖与之对应的钛电极块，形成铌棒外周面上包裹钛电极块结构；对组装好的钛电极块及铌棒进行焊接形成自耗电极。

所述步骤4)中，第一次熔炼：熔前真空5.0Pa，熔炼电压30～40V，熔炼电流8～30KA，漏气率控制在1.2Pa/min以下，稳弧电流采用直流3～18A，熔炼后冷却时间大于等于3小时，熔炼完成后对铸锭做平头处理；

第二次熔炼：将平头处理的铸锭掉头熔炼；熔前真空2.0Pa，熔炼电压30～45V，熔炼电流10～30kA；漏气率控制在1.0Pa/min以下，稳弧电流采用交流5～20A之间，熔炼后冷却时间大于等于4小时；熔炼完成后对铸锭做平头处理；

第三次熔炼：将第二次熔炼后平头处理的铸锭掉头熔炼；熔前真空1.0Pa，熔炼电压32～45V，熔炼电流8～30kA；漏气率0.8Pa/min，稳弧电流采用交流8～25A之间，熔炼后冷却时间大于等于5小时。

在第三次熔炼时，采用逐级降低输入功率的方式，保持熔池深度稳定。

在第三次熔炼时，稳弧周期保持在5-300s。