一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法

摘要

本发明公开一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法，按国标确定要生产铝钒系钛合金的牌号后，将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、V元素的基准值增加后作为混料的配比成分。混料，压块后用EB炉进行熔炼，熔炼完成后采用铣床进行铣面，分切成VAR炉所用的尺寸，并采用等离子焊箱焊接成VAR炉所用电极，然后采用VAR炉进行熔炼，熔炼完成后即可得到高品质铝钒系钛合金圆锭。采用该方法不但可去除铝钒系钛合金中的高密度夹杂和低密度夹杂，而且可克服成分分布不均的不足，还可细化晶粒。通过该种方法生产出来的铸锭，可广泛应用于精密制造行业，使得终成品的成材率大为提高。

说明书

技术领域

本发明涉及了一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法，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铝钒系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）生产铝钒系钛合金，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。通过对现有技术文献的检索，关于EB炉+VAR炉联合熔铸生产工艺，尚未发现相关报导。

发明内容

针对国内生产出的铝钒系钛合金容易存在HDI、LDI和产品成分性能不稳定的不足，本发明提供一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法，采用该工艺生产铝钒系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：一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产方法，经过下列各步骤：

（1）根据市场的需求牌号信息，并依据铝钒系钛合金的国标确定牌号成分的范围取平均值；

（2）将步骤（1）所取平均值作为基准值，并在Al元素的基准值上加2.5~3%，V元素在基准值上加0.1~0.2%；

（3）按添加好的元素含量作为混料的配比成分，并选用合适的粒度的原料进行混料；

（4）混料完成后，将物料送至压块机进行压块，压块完成后对物料进行烘干；

（5）烘干后，将物料装进EB炉中进行熔炼，熔炼完成铸锭毛坯，后待毛坯自然冷却后，将毛坯进行铣面，铣面的深度为8~10mm，铣面完成后并将浇铸侧与浇铸相对侧进行标记；

（6）铣面完成后，用锯床对经铣面的坯子进行切割，切割的宽高比≦2；

（7）用等离子焊箱对切割完成后小坯子，进行对焊成VAR炉用的电极；

（8）用VAR炉采用长弧慢熔炼工艺进行熔炼，即可获得高品质铝钒系钛合金锭。

所述步骤（3）中原料粒度选择规则为Ti:(Al-V合金):Al=(8~12):(6~10):(16~20)混料使用立式双梭形混料机，混料时间为3~5min，旋转速度为60~80r/min；

所述步骤（4）中压块采用25~30MPa的压力，压块的规格为Φ(80~100)×（40~60）mm；

所述步骤（5）中EB炉熔炼工艺为1^#熔炼电子枪功率为400~480kW，2^#一次精炼枪功率为380~420kW，3^#二次精炼枪功率为360~380kW，4^#结晶补偿枪功率为320~340kW,块料熔化速度为600~750kg/h；

所述步骤（7）中对焊为分切下来的浇铸侧与浇铸相对侧进行相对焊接，然后再两两焊接；

所述步骤（8）中VAR炉采用长弧慢熔炼工艺为电弧长度控制为200~250mm,熔炼电流为4000~5000A，电压25~35V，熔炼速度为1.5~2.5kg/min。

本发明通过特定的原料配方及建立“EB炉+VAR炉”联合熔炼工艺使得两种炉型熔炼钛合金的工艺优点得以充分的利用。不但能有效去除钛合金中含有的HDI和LDI，而且能稳定控制钛合金的成分波动，还可实现同一端面的窄成分范围的洁净钛合金的生产，使铝钒系钛合金的品质得以进一步的提升。

本发明具有以下优点：

1、操作简单；

2、铸锭的成分均匀可控；

3、铸锭内无HDI和LDI等铸造缺陷；

4、铸锭同一端面成分偏差可控制在5%以内。

综上所述，本发明一种高品质铝钒系钛合金EB炉+VAR炉联合熔铸生产工艺，操作方便、能实现铝钒元素的控制，采用该方法不但可去除铝钒系钛合金中的高密度夹杂和低密度夹杂，而且可克服成分分布不均的不足，还可细化晶粒。并能大幅度提升铝钒系钛合金的铸锭中铝钒元素的稳定性，实现传统铝钒系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。通过该种方法生产出来的铸锭，可广泛应用于精密制造行业，使得终成品的成材率大为提高。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

以牌号为TC4(Ti-6Al-4V)的钛合金铸坯为例：

选用粒度为5mm海绵钛，粒度为4mmAl-V合金，粒度为8mm的Al元素。按名义成分为Ti-8.6Al-4.2V，进行配比，并按配比进行称量后送至立式双梭形混料机进行混料，混料时间为4min，旋转速度为60r/min，混料完成后，送至压块机进行压块，压块规格为Φ80×40mm，压块使用的压力为25MPa，压块完成后送至烘干炉进行烘干。烘干完成后送至EB炉内进行熔炼，1^#熔炼电子枪功率为450kW，2^#一次精炼枪功率为420kW，3^#二次精炼枪功率为380kW，4^#结晶补偿枪功率为320kW，块料熔化速度为600kg/h，熔炼完成后待其自然冷却，并在补缩端面上进行浇铸侧及浇铸相对侧进行标记，待其完全冷却后采用铣床进行铣面，铣面深度为9mm，铣面完成后用锯床对其进行分切，分切成小方坯，并根据小方坯的浇铸侧及浇铸相对侧进行相对焊接，然后再两两焊接，合计4个小方坯焊接成VAR炉的电极，在VAR炉中控制熔化端面与液面距离为200mm，长弧长度控制为245mm，熔炼电流为4500A，电压为30V，熔炼速度为2.1kg/min，熔炼完成后，让其自然冷却后即获得Al成分控制在5.8±0.2、V成分控制在4.0±0.1的高品质TC4铸锭。

实施例2

以牌号为TC3(Ti-5Al-4V)的钛合金铸坯为例：

选用粒度为5mm海绵钛，粒度为4mmAl-V合金，粒度为8mm的Al元素。按名义成分为Ti-7.8Al-4.2V，进行配比，并按配比进行称量后送至立式双梭形混料机进行混料，混料时间为5min，旋转速度为80r/min，混料完成后，送至压块机进行压块，压块规格为Φ100×50mm，压块使用的压力为30MPa，压块完成后送至烘干炉进行烘干。烘干完成后送至EB炉内进行熔炼，1^#熔炼电子枪功率为480kW，2^#一次精炼枪功率为420kW，3^#二次精炼枪功率为380kW，4^#结晶补偿枪功率为340kW，块料熔化速度为650kg/h，熔炼完成后待其自然冷却，并在补缩端面上进行浇铸侧及浇铸相对侧进行标记，待其完全冷却后采用铣床进行铣面，铣面深度为7mm，铣面完成后用锯床对其进行分切，分切成小方坯，并根据小方坯的浇铸侧及浇铸相对侧进行相对焊接，然后再两两焊接，合计4个小方坯焊接成VAR炉的电极，在VAR炉中控制熔化端面与液面距离为220mm，长弧长度控制为250mm，熔炼电流为4200A，电压为30V，熔炼速度为2.4kg/min，熔炼完成后，让其自然冷却后即获得Al成分控制在5.0±0.2、V成分控制在4.0±0.1的高品质TC3铸锭。

以上所述，仅是本发明较佳的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例进行简单的修改、变更以及等效结构的变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。