專利名稱：一種含鎢鈦合金的熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈦合金的熔煉方法，尤其是一種含鎢鈦合 金的熔煉方法。
背景技術(shù)：
鈦合金是當(dāng)前制造航空、航天飛行器所必須的先進(jìn)材料，且隨著對飛行器性能要 求的提高，對鈦合金的內(nèi)部質(zhì)量的要求也越來越高。同時，鈦合金在制備過程需要消耗大量 的電力，使得鈦合金的成本高昂，從而限制了鈦合金的進(jìn)一步應(yīng)用，因此需要不斷的降低鈦 合金的制造成本。高溫鈦合金以其優(yōu)良的熱強(qiáng)性和高比強(qiáng)度，在航空發(fā)動機(jī)上獲得了廣泛的應(yīng)用。 為了滿足設(shè)計高性能航空發(fā)動機(jī)的需求，目前，各國十分重視對高溫鈦合金的研制與開發(fā)。 在鈦合金中加入鎢可顯著提高合金的室溫及高溫強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和抗蠕變性能。雖然W也 是一種共析型β元素，但是它的共極反應(yīng)溫度較高(715°c)，因此可以認(rèn)為含W的合金比 含Cr的合金具有更好的熱穩(wěn)定性和更高的熱強(qiáng)性能，是一種很好的合金化元素。然而，鎢 的熔點極高，為3410°C，傳統(tǒng)上在鈦中加入鎢是先采用鎢粉經(jīng)粉末冶金的方法形成鎢棒，然 后采用鎢棒和海面鈦壓制成電極后經(jīng)真空自耗電弧熔煉形成鈦鎢中間合金，最后采用鈦鎢 中間合金按量加入所要熔煉的鈦合金中?？梢钥闯?，采用這種方式加入鎢元素的中間過程 繁多，且不易控制，從而大幅增加鈦合金的成本，含鎢鈦合金質(zhì)量穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種含鎢鈦合金的熔煉方法， 該方法在傳統(tǒng)的工藝路線基礎(chǔ)上，采用低成本的鎢粉代替成本高昂的鈦鎢中間合金作為原 料，采用多次真空自耗電弧熔煉爐進(jìn)行熔煉獲得成分均勻的含鉬鈦合金鑄錠。其即能有效 提高制備的含鎢鈦合金的性能，又能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)鈦合金的目的。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種含鎢鈦合金的熔煉方法是以重量百分比計，在顆粒狀或屑狀鈦合金原材料 混料時加入0. 10%的鎢粉，然后經(jīng)多次真空自耗電弧熔煉獲得成分均勻含鎢鈦合金鑄錠。進(jìn)一步的，上述的含鎢鈦合金的熔煉方法，具體包括以下步驟1)配料及壓制按照重量比將鎢粉混入顆粒狀或屑狀鈦合金原材料中形成混合物A，用壓機(jī)將混 合物A壓制成塊狀的電極塊；2)電極制備將壓制好的電極塊組焊成長條狀電極，焊接真空小于SPa ；3) 一次熔煉用上一步制得的長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一
3次錠；所述一次熔煉的熔煉電流為2 5KA，熔煉電壓控制在26 30V ；4) 二次熔煉將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠；所 述二次熔煉的熔煉電流為4 8KA，熔煉電壓控制在26 32V ；5)三次熔煉將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠， 所述三次熔煉的熔煉電流為5 10KA，熔煉電壓控制在26 32V ；6)冷卻熔煉完成后成品鑄錠要求冷卻到200°C以下出爐，制得所述的含鎢鈦合金。進(jìn)一步，在步驟2)中，采用真空等離子弧或真空電子束電極阻焊方法進(jìn)行電極焊 接。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明采用鎢粉作為原料加入含鎢鈦合金中，由于省略了從鎢粉由粉末冶金和后 續(xù)的變形加工工藝進(jìn)行制備成鎢棒，再由鎢棒和海綿鈦經(jīng)真空自耗電弧熔煉形成鈦鎢中間 的過程，大幅降低了含鎢鈦合金的生產(chǎn)成本，可獲得成分均勻，無偏析及夾雜的含鎢鈦合金 鑄錠，可帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實施例方式本發(fā)明的含鎢鈦合金的熔煉方法采用低成本的鎢粉代替成本高昂的鈦鎢中間合 金作為原料加入顆粒狀或屑狀鈦合金中，經(jīng)多次真空自耗電弧熔煉獲得成分均勻鈦合金鑄 錠，本發(fā)明中要求鈦合金中鎢的含量以重量百分?jǐn)?shù)計為0. 10%。下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述實施例1 以下以Ti-6. 7A1-1. 5Sn_l. 5Zr-2Mo-0. 7ff-0. 15Si合金的制備為例詳細(xì)說明本發(fā) 明的制備方法。1)配料及壓制采用海綿鈦，鎢粉，Ti_32Mo中間合金，純鋁，純鋯，純錫，Ti-Si中間合金為原 料，按重量百分比配比為 w:0. 7%，Al -.6.7%, Sn -.1.5%, Zr -.1.5%, Ti_32Mo 中間合金 6. 25%,Ti-Si中間合金0. 3%，其余為海綿鈦，混料300Kg，用壓機(jī)壓制成單塊重量為IOKg 的電極塊。2)電極制備采用真空等離子弧或真空電子束電極阻焊方法將壓制好的電極塊組焊成長條狀 電極，焊接真空小于8Pa。3) 一次熔煉用上一步制得的長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一 次錠，坩堝直徑160mm，熔煉電流2 5KA，熔煉電壓控制在26 30V。4) 二次熔煉將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠，坩 堝直徑220mm，熔煉電流4 8KA，熔煉電壓控制在26 32V。
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5)三次熔煉將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠， 坩堝直徑280mm，熔煉電流5 10KA，熔煉電壓控制在26 32V。6)冷卻熔煉完成后鑄錠要求冷卻到200°C以下出爐，避免未冷卻的鑄錠出爐后發(fā)生氧化 等缺陷。出爐后即可得到本發(fā)明制備的含鎢鈦合金產(chǎn)品(即Ti-6. 2Al-2Sn-3. 6&-0. 7Mo-5. Off-O. 15Si 合金)。將以上得到的產(chǎn)品用車床平頭及扒皮后，在鑄錠的頭部及上、中、下分別取塊狀和 屑狀試樣進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果表明鎢在鈦合金錠中的成分均勻。實施例2 本實施例以Ti-6. 2Al-2Sn-3. 6Zr_0. 7Mo_5. Off-O. 15Si合金的制備為例詳細(xì)說明 本發(fā)明的制備方法。1)配料及壓制采用海綿鈦，鎢粉，Ti-32Mo中間合金，純鋁，純鋯，純錫，Ti-Si為原料，按重量百 分比配比為 W 5%, Al 6. 2%, Sn 2%, Zr 3. 6%, Ti_32Mo 2. 19%, Ti-Si 0. 3%，其余為 海綿鈦，混料300Kg，用壓機(jī)壓制成單塊重量為IOKg的狀電極。2)電極制備采用真空等離子弧或真空電子束電極阻焊方法將壓制好的電極塊組焊成長條狀 電極，焊接真空小于8Pa。3) 一次熔煉用上一步制得的長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一 次錠，坩堝直徑160mm，熔煉電流2 5KA，熔煉電壓控制在26 30V。4) 二次熔煉將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠，坩 堝直徑220mm，熔煉電流4 8KA，熔煉電壓控制在26 32V。5)三次熔煉將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠， 坩堝直徑280mm，熔煉電流5 10KA，熔煉電壓控制在26 32V。6)冷卻熔煉完成后鑄錠要求冷卻到200°C以下出爐，避免未冷卻的鑄錠出爐后發(fā)生氧化 等缺陷。出爐后即可得到本發(fā)明制備的含鎢鈦合金產(chǎn)品(即Ti-6. 2Al-2Sn-3. 6&-0. 7Mo-5. Off-O. 15Si 合金)。將以上制得的產(chǎn)品用車床平頭及扒皮后，在鑄錠的頭部及上、中、下分別取塊狀和 屑狀試樣進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果表明鎢在鈦合金錠中的成分均勻。實施例3 本實施例以Ti-IOW合金的制備為例詳細(xì)說明本發(fā)明的制備方法。1)配料及壓制采用海綿鈦，鎢粉為原料，按重量百分比配比為w: 10%、其余為鈦混料300Kg，用 壓機(jī)壓制成單塊重量為IOKg的狀電極。
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2)電極制備采用真空等離子弧或真空電子束電極阻焊方法將壓制好的電極塊組焊成長條狀 電極，焊接真空小于8Pa。3) 一次熔煉用上一步制得的長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一 次錠，坩堝直徑160mm，熔煉電流2 5KA，熔煉電壓控制在26 30V。4) 二次熔煉將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠，坩 堝直徑220mm，熔煉電流4 8KA，熔煉電壓控制在26 32V。5)三次熔煉將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠， 坩堝直徑280mm，熔煉電流5 10KA，熔煉電壓控制在26 32V。6)冷卻熔煉完成后鑄錠要求冷卻到200°C以下出爐，避免未冷卻的鑄錠出爐后發(fā)生氧化 等缺陷。出爐后即可得到本發(fā)明制得的含鎢鈦合金產(chǎn)品(即Ti-IOW合金)。將以上制得的產(chǎn)品用車床平頭及扒皮后，在鑄錠的頭部及上、中、下分別取塊狀和 屑狀試樣進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果表明鎢在鈦合金錠中的成分均勻。實施例4以下以Ti-44Al-6Nb_0. lff-0. 2B合金的制備為例詳細(xì)說明本發(fā)明的制備方法。1)配料及壓制采用海綿鈦，鎢粉，純鋁，Ti-47Nb中間合金，TiB2中間合金為原料，按重量百分比 配比為 W :0. 1%,A1 28. 6%,Ti-47Nb :28· 7%,TiB2 :0· 64%，其余為海綿鈦，混料 300Kg，用 壓機(jī)壓制成單塊重量為IOKg的電極塊。2)電極制備采用真空等離子弧或真空電子束電極阻焊方法將壓制好的電極塊組焊成長條狀 電極，焊接真空小于8Pa。3) 一次熔煉用上一步制得的長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一 次錠，坩堝直徑160mm，熔煉電流2 5KA，熔煉電壓控制在26 30V。4) 二次熔煉將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠，坩 堝直徑220mm，熔煉電流4 8KA，熔煉電壓控制在26 32V。5)三次熔煉將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠， 坩堝直徑280mm，熔煉電流5 10KA，熔煉電壓控制在26 32V。6)冷卻熔煉完成后鑄錠要求冷卻到200°C以下出爐，避免未冷卻的鑄錠出爐后發(fā)生氧化 等缺陷。出爐后即可得到本發(fā)明制備的含鎢鈦合金產(chǎn)品(即Ti-44Al-6Nb-0. 1W-0. 2B合 金)。
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將以上得到的產(chǎn)品用車床平頭及扒皮后，在鑄錠的頭部及上、中、下分別取塊狀和 屑狀試樣進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果表明鎢在鈦合金錠中的成分均勻。
權(quán)利要求
一種含鎢鈦合金的熔煉方法，其特征在于，以重量百分比計，在顆粒狀或屑狀鈦合金原材料混料時加入0.1％～10％的鎢粉，然后經(jīng)多次真空自耗電弧熔煉獲得成分均勻含鎢鈦合金鑄錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鎢鈦合金的熔煉方法，其特征在于，具體包括以下步驟1)配料及壓制按照重量比將鎢粉混入顆粒狀或屑狀鈦合金原材料中形成混合物，將混合物壓制成塊 狀的電極塊；2)電極制備將壓制好的電極塊組焊成長條狀電極，焊接真空小于8Pa ；3)一次熔煉用上一步制得的長條狀電極作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行熔煉獲得一次錠; 所述一次熔煉的熔煉電流為2 5KA，熔煉電壓控制在26 30V ；4)二次熔煉將一次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行二次熔煉獲得二次錠；所述二 次熔煉的熔煉電流為4 8KA，熔煉電壓控制在26 32V ；5)三次熔煉將二次錠倒置并作為自耗電極在真空自耗電弧爐中進(jìn)行三次熔煉獲得成品鑄錠，所述 三次熔煉的熔煉電流為5 10KA，熔煉電壓控制在26 32V ；6)冷卻熔煉完成后成品鑄錠要求冷卻到200°C以下出爐，制得所述的含鎢鈦合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鎢鈦合金的熔煉方法，其特征在于，在步驟2)中，采用真空 等離子弧或真空電子束電極阻焊方法進(jìn)行電極焊接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鎢鈦合金的熔煉方法以重量百分比計，在顆粒狀或屑狀鈦合金原材料混料時加入0.1％～10％的鎢粉，然后經(jīng)多次真空自耗電弧熔煉獲得成分均勻含鎢鈦合金鑄錠。本發(fā)明采用鎢粉作為原料加入含鎢鈦合金中，由于省略了從鎢粉由粉末冶金和后續(xù)的變形加工工藝進(jìn)行制備成鎢棒，再由鎢棒和海綿鈦經(jīng)真空自耗電弧熔煉形成鈦鎢中間的過程，大幅降低了含鎢鈦合金的生產(chǎn)成本，可獲得成分均勻，無偏析及夾雜的含鎢鈦合金鑄錠，可帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號C22C1/02GK101967569SQ20101029314
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者余光華, 劉娣, 周中波, 常輝, 張利軍, 田軍強(qiáng), 白鈺, 薛祥義 申請人:西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司