專利名稱：：Ti-6Al-4V鈦合金大型鑄錠制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種Ti-6A1-4V鈦合金大型鑄錠制備方法，以自動(dòng)配料、混布料，自耗電極真空組焊及成品"恒熔速熔煉"，穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)了(D900mmO1050mmTi-6A1-4V鈦合金大型鑄錠的工業(yè)化批量生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
：Ti-6A1-4V鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐蝕性能好、無磁性、抗沖擊震動(dòng)、可加工和可焊接性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、MIS、化工、海洋等領(lǐng)域。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的Ti-6A1-4V鈦合金鑄錠的常規(guī)錠型為O600mm(D700mm左右。一般來說，隨著錠型的增大，帶來熔煉難度的加大，大型鑄錠的成分均勻性常常難以得到保證。根據(jù)相關(guān)資料，國內(nèi)生產(chǎn)的Ti-6A1-4V鈦合金鑄錠最大達(dá)O800mm左右。隨著國際、國內(nèi)航空工業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢是減少焊接，承力件采用大型鍛件和大型整體鍛件。作為大型鍛件用坯的大規(guī)格棒材直徑已達(dá)O400mm,大型鑄錠對提高大規(guī)格棒材質(zhì)量一致性、穩(wěn)定性和成材率具有重要意義，因而迫切需要成分均勻的①900mm①1050mm直徑的Ti-6A1-4V鈦合金大型鑄錠。但是由于Ti-6A1-4V鈦合金中所含的釩、鋁元素的分配系數(shù)K〈1，具有正偏析傾向。所以隨著鑄錠規(guī)格的增大，偏析更為明顯。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種Ti-6A1-4V鈦合金大型鑄錠制備方法，提供一種適合工業(yè)化生產(chǎn)的、成分均勻的O900mm①1050mm直徑的Ti-6A1-4V鈦合金鑄錠的制備，可以解決大型優(yōu)質(zhì)電極制備和大直徑鑄錠熔煉均勻性控制的難題。技術(shù)方案本發(fā)明的基本思想是Ti-6A1-4V鈦合金中所含的釩、鋁元素的分配系數(shù)K〈1，具有正偏析傾向。隨著鑄錠規(guī)格的增大，偏析更為明顯。在熔化過程中K值隨工藝條件的變化而變化，選擇較佳的熔煉工藝參數(shù)可優(yōu)化合金元素的分配系數(shù)，使其接近于l，以保證鑄錠成分的均勻性。本發(fā)明中Ti-6A1-4V大型鑄錠制備方法，在常規(guī)工藝路線的基礎(chǔ)上，采用多次真空自耗熔煉，其中成品熔煉利用具備稱重系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)的IO噸真空自耗電弧爐采用"恒熔速熔煉"，采用熔速控制參數(shù)控制成品熔煉中的工藝參數(shù)。本發(fā)明提出的Ti-6A1-4V鈦合金大型鑄錠制備方法，其特征在于步驟如下步驟1混料及電極壓制按照Ti-6A1-4V合金的組分，以A-V為中間合金進(jìn)行混料，并壓制電極塊；步驟2電極制備采用真空等離子弧電極組焊方法將壓制好的電極塊，制備得到大型自耗電極，焊接預(yù)真空《10Pa;步驟3—次真空自耗熔煉熔煉,熔煉電流控制在1838KA，電壓控制在3341V;步驟4二次真空自耗熔煉熔煉,熔煉電流控制在1838KA，電壓控制在3341V;步驟5成品真空自耗熔煉熔煉采用恒熔速熔煉工藝，熔速控制參數(shù)為2032Kg/min;在線檢測每秒鐘或按照設(shè)定時(shí)間檢測實(shí)際熔煉重量，以實(shí)際熔煉重量與檢測相隔時(shí)間之比得到即時(shí)熔速；若熔速高于目標(biāo)值時(shí)減小熔煉電流；若熔速低于目標(biāo)值時(shí)增大熔煉電流。有益效果本發(fā)明的Ti-6A1-4V鈦合金大型鑄錠制備方法，突破了傳統(tǒng)的以電流、電壓為控制參數(shù)的常規(guī)熔煉方法，研究出控制單位時(shí)間內(nèi)電極的熔化重量的"恒熔速;)^煉"技術(shù)。采用這種控制方式可以有效控制溫度場，優(yōu)化分配系數(shù)，保證了熔池形狀及深度的穩(wěn)定，使鑄錠順序凝固過程穩(wěn)定、可控，使得熔煉、結(jié)晶過程穩(wěn)定，保證了大規(guī)格鑄錠成分的均勻性。圖h取樣位置圖具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述以下三個(gè)實(shí)施例均使用具備稱重系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)的10噸真空自耗電弧爐實(shí)施。實(shí)施例l:(534-20071540錠，O940mm)步驟l混料及電極壓制按照Ti-6Al-4V合金的組分，選擇海綿鈦，以A-V為中間合金進(jìn)行混料，并壓制電極塊；步驟2電極制備采用真空等離子弧電極組焊方法將壓制好的電極塊，制備得到大型自耗電極，焊接預(yù)真空《10Pa;步驟3—次真空自耗熔煉熔煉，坩鍋①710mm，熔煉電流控制在1825KA，電壓控制在3335V;步驟4二次真空自耗熔煉熔煉，坩鍋O820mra，熔煉電流控制在1825KA，電壓控制在3335V;步驟5成品真空自耗熔煉熔煉坩鍋O940mm，采用恒熔速熔煉工藝，熔速控制參數(shù)為2023Kg/min;在線檢測系統(tǒng)每秒鐘或按照設(shè)定時(shí)間檢測實(shí)際熔煉重量，以實(shí)際熔煉重量與檢測相隔時(shí)間之比得到即時(shí)熔速；若熔速高于目標(biāo)值時(shí)減小熔煉電流；若熔速低于目標(biāo)值時(shí)增大熔煉電流。534-20071540錠多點(diǎn)取樣分析結(jié)果見表1(取樣位置見圖1)，由表1可見，鑄錠縱向、橫向成分均勻。表l534-2007154(f錠主元素多點(diǎn)取樣分析結(jié)果(重量百分比，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>備注標(biāo)準(zhǔn)要求為A15.56.75%，V3.54.5%。實(shí)施例2(534-20071991錠，①940mm)步驟l混料及電極壓制:按照Ti-6A1-4V合金的組分，選擇海綿鈦，以A-V為中間合金進(jìn)行混料，并壓制電極塊；步驟2電極制備采用真空等離子弧電極組焊方法將壓制好的電極塊，制備得到大型自耗電極，焊接預(yù)真空《10Pa;步驟3—次真空自耗熔煉熔煉，坩鍋①710瞧，熔煉電流控制在2330KA，電壓控制在3538V;步驟4二次真空自耗熔煉熔煉，坩鍋①820ram，熔煉電流控制在2330KA，電壓控制在3538V;步驟5成品真空自耗熔煉熔煉坩鍋O940ran，采用恒熔速熔煉工藝，熔速控制參數(shù)為252服g/min;在線檢測系統(tǒng)每秒鐘或按照設(shè)定時(shí)間檢測實(shí)際熔煉重量，以實(shí)際熔煉重量與檢測相隔時(shí)間之比得到即時(shí)熔速；若熔速高于目標(biāo)值時(shí)減小熔煉電流-，若熔速低于目標(biāo)值時(shí)增大熔煉電流。534-20071991錠常規(guī)取樣分析結(jié)果見表2，由表2可見鑄錠成分均勻。表2534-20071991#鑄錠化學(xué)成分(重量百分比，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3(534-20080688錠，01040mm)步驟l混料及電極壓制按照Ti-6A1-4V合金的組分，選擇海綿鈦，以A-V為中間合金進(jìn)行混料，并壓制電極塊；步驟2電極制備采用真空等離子弧電極組焊方法將壓制好的電極塊，制備得到大型自耗電極，焊接預(yù)真空《10Pa;步驟3—次真空自耗熔煉熔煉，坩鍋①820mm，熔煉電流控制在3038KA，電壓控制在3841V;步驟4二次真空自耗熔煉熔煉，坩鍋O940mm，熔煉電流控制在3038KA，電壓控制在3841V;步驟5成品真空自耗熔煉熔煉坩鍋O1040ram，采用恒熔速熔煉工藝，熔速控制參數(shù)為2932Kg/min;在線檢測系統(tǒng)每秒鐘或按照設(shè)定時(shí)間檢測實(shí)際熔煉重量，以實(shí)際熔煉重量與檢測相隔時(shí)間之比得到即時(shí)熔速；若熔速高于目標(biāo)值吋減小熔煉電流;若熔速低于目標(biāo)值時(shí)增大熔煉電流。534-20080688錠取樣分析結(jié)果見表3,由表3可見，鑄錠不同部位成分均勻。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1.一種Ti-6Al-4V鈦合金大型鑄錠制備方法，其特征在于步驟如下步驟1混料及電極壓制按照Ti-6Al-4V合金的組分，以A-V為中間合金進(jìn)行混料，并壓制電極塊；步驟2電極制備采用真空等離子弧電極組焊方法將壓制好的電極塊，制備得到大型自耗電極，焊接預(yù)真空≤10Pa；步驟3一次真空自耗熔煉熔煉，熔煉電流控制在18～38KA，電壓控制在33～41V；步驟4二次真空自耗熔煉熔煉，熔煉電流控制在18～38KA，電壓控制在33～41V；步驟5成品真空自耗熔煉熔煉采用恒熔速熔煉工藝，熔速控制參數(shù)為20～32Kg/min；在線檢測每秒鐘或按照設(shè)定時(shí)間檢測實(shí)際熔煉重量，以實(shí)際熔煉重量與檢測相隔時(shí)間之比得到即時(shí)熔速；若熔速高于目標(biāo)值時(shí)減小熔煉電流；若熔速低于目標(biāo)值時(shí)增大熔煉電流。全文摘要本發(fā)明涉及一種Ti-6Al-4V鈦合金大型鑄錠制備方法，在常規(guī)工藝路線的基礎(chǔ)上，采用多次真空自耗熔煉，其中成品熔煉采用“恒熔速熔煉”，采用熔速控制參數(shù)控制成品熔煉中的工藝參數(shù)。其特征在于熔速熔煉工藝，熔速控制參數(shù)為20～32Kg/min；在線檢測每秒鐘或按照設(shè)定時(shí)間檢測實(shí)際熔煉重量，以實(shí)際熔煉重量與檢測相隔時(shí)間之比得到即時(shí)熔速；若熔速高于目標(biāo)值時(shí)減小熔煉電流；若熔速低于目標(biāo)值時(shí)增大熔煉電流。采用這種控制方式可以有效控制溫度場，優(yōu)化分配系數(shù)，保證了熔池形狀及深度的穩(wěn)定，使鑄錠順序凝固過程穩(wěn)定、可控，使得熔煉、結(jié)晶過程穩(wěn)定，保證了大規(guī)格鑄錠成分的均勻性。文檔編號(hào)C22B34/00GK101476050SQ20081023236公開日2009年7月8日申請日期2008年11月21日優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日發(fā)明者丁長勤,璐喬,文志剛,李獻(xiàn)軍,王韋琪,偉鄒,峰陳,陳戰(zhàn)乾申請人:寶雞鈦業(yè)股份有限公司