【技術領域】

本發(fā)明屬于鈦合金熔煉方法技術領域，具體涉及一種鈦合金大型勻質鑄錠的制備方法。

背景技術：

在規(guī)模生產實踐中，鈦及鈦合金鑄錠的制備常采用真空自耗重熔法。真空自耗熔煉操作方便，可以有效控制雜質元素的含量，經(jīng)過多次重熔可以得到成分均勻的大型鑄錠。

真空自耗熔煉必須預先制備自耗電極，大型鑄錠相應的合金電極塊單重也較大，常采用混料機對鈦及其合金元素進行機械混合。例如常規(guī)鈦合金ti-6al-4v電極塊的制備：將海綿鈦、中間合金、鈦白粉等一起倒入混料機中，旋轉一定時間后，將混合料倒入模具中，壓制成鈦合金電極塊。

混料過程中，存在物料不均勻分布的潛在風險，這主要是由原料顆粒尺寸與密度不同所引起的。由于常規(guī)海綿鈦的顆粒大小不等，處于2-25.4mm。合金料(如鋁釩合金)的顆粒較小，一般小于8mm，且部分呈粉末狀。經(jīng)過混料機混合后，會出現(xiàn)較小顆粒與較大顆粒相對聚集，區(qū)域性分布的現(xiàn)象。裝入模具、壓制成型的過程，在很大程度上并沒有改變這種分布趨勢。糟糕的是小顆粒區(qū)域中包含較多的小顆粒海綿鈦與中間合金料，大顆粒區(qū)域中含有較大顆粒海綿鈦與較少的中間合金料。具備這樣特點的電極塊組焊后，經(jīng)過多次真空自耗熔煉，并不能根本改變原先的區(qū)域分布?？梢韵胂箬T錠的某一部分中，就會存在兩種不同組分的區(qū)域分布，即形成了成分偏析。原先小顆粒聚集的區(qū)域，鈦元素含量較低，合金化元素含量較高，合金的相變點偏低。原先大顆粒聚集的區(qū)域鈦元素含量較高，合金化元素含量較低，合金的相變點偏高。這種成分偏析不會在后續(xù)的熱加工中消除，將一直遺傳到鈦材成品，造成組織不合格，產品報廢。

要制備2-3噸的大型鑄錠，單個電極塊的重量大于100kg。若直接一次性壓制，上述混料的不均勻性增大，實際生產過程中經(jīng)常出現(xiàn)成分偏析的現(xiàn)象。因此，大型鑄錠的電極塊，常采用分塊壓制，組焊的方法。但這樣的操作只是降低了成分偏析出現(xiàn)的風險，也不能從理論上消除混料過程大小顆粒區(qū)域性分布的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金大型勻質鑄錠的制備方法，以解決鑄錠中出現(xiàn)的成分偏析的問題。

本發(fā)明采用以下技術方案，一種鈦合金大型勻質鑄錠的制備方法，該方法中使用模具型腔，模具型腔內放置有可拆卸的輔助支架，輔助支架用于將模具型腔內部空間分成水平排布的n個格擋，其中n≥16為正整數(shù)；

該制備方法具體包括以下步驟：

步驟1、將海綿鈦按照顆粒大小分為大顆粒海綿鈦和小顆粒海綿鈦；

步驟2、將大顆粒海綿鈦、小顆粒海綿鈦分別與中間料進行稱料，并將得出n份混合原料，分別倒入n個格擋中，且滿足相鄰兩個格擋內的混合原料分別包含大顆粒海綿鈦和小顆粒海綿鈦；

步驟3、將輔助支架從模具型腔取出；

步驟4、啟動壓機，采用短行程立式壓制將模具型腔內的混合原料一次性壓制成大單重電極塊；

步驟5、重復執(zhí)行步驟1至步驟4，獲取多個大單重電極塊，組焊為自耗電極，并將自耗電極進行2-3次真空自耗熔煉得到均勻性良好的鈦合金大型勻質鑄錠。

進一步地，海綿鈦為0級海綿鈦，大顆粒海綿鈦的粒徑大于12.7mm，小顆粒海綿鈦的粒徑小于等于12.7mm。

進一步地，每個格擋在水平方向上的長邊尺寸為60-120mm。

進一步地，輔助支架包括多個豎直且相互交叉設置的支板，每個支板的材料均為純鈦或鈦合金ti-6al-4v。

進一步地，輔助支架的每個支板的豎直截面為：上部為矩形，且下部的厚度逐漸減小呈楔形。

進一步地，步驟4中得到的電極塊，其壓制方向上的長度小于垂直壓制方向上的長度。

進一步地，步驟4中電極塊單重為100-180kg。

進一步地，壓機選用3500t液壓機。

本發(fā)明的有益效果是：在不提高海綿鈦品級與成本的前提下，將海綿鈦預先篩分，將大顆粒與小顆粒分別與中間合金料混合。壓制電極時，利用輔助支架預先放置于模具型腔中，將整個型腔體積分為幾個部分，并將大小顆粒相間放置，使其均勻有序地分布，再將支架取出后，統(tǒng)一壓制成型。如此布料的自耗電極，電極塊壓制完成后，組焊為自耗電極，便可進行后續(xù)的真空自耗熔煉。在熔煉過程中，大小顆粒的區(qū)域可以有效地相互擴散熔合，不會出現(xiàn)成分偏析。本發(fā)明通過分而治之，相間分布，統(tǒng)一壓制，提高了鑄錠的內在品質。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實施例中輔助支架將模具型腔劃分為十六份及支板橫截面的結構示意圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明公開了一種鈦合金大型勻質鑄錠的制備方法，該方法尤其適用于真空自耗熔煉制備2-3噸大型鈦合金鑄錠。如圖1所示，該方法中使用模具型腔，在模具型腔內預先放置有可拆卸的輔助支架，輔助支架用于將模具型腔內部空間分成水平排布的n個格擋，其中n≥16為正整數(shù)。

輔助支架可以根據(jù)電極塊的單重、配料元素的具體要求、模具型腔的規(guī)格等條件設計不同的結構和劃分不同的份數(shù)。另外，每個格擋在水平方向上的長邊尺寸為60-120mm。

為了適應鈦材的工裝條件，輔助支架包括多個豎直且相互交叉設置的支板，每個支板的材料均為純鈦或常用鈦合金ti-6al-4v，為了方便取出，輔助支架的每個支板的豎直截面為上寬下窄的斜面型，即輔助支架的每個支板的豎直截面為上部為矩形，且下部的厚度逐漸減小呈楔形。

該制備方法具體包括以下步驟：

步驟1、預先將海綿鈦按照顆粒大小進行篩分，篩分為大顆粒海綿鈦和小顆粒海綿鈦；海綿鈦選擇為0級海綿鈦，大顆粒海綿鈦為粒徑大于12.7mm，小顆粒海綿鈦的粒徑小于等于12.7mm。

步驟2、將大顆粒海綿鈦和小顆粒海綿鈦分別與中間料進行稱料，并將得出的n份混合原料，分別倒入n個格擋中，且滿足相鄰兩個格擋內的混合原料分別包含大顆粒海綿鈦和小顆粒海綿鈦；

根據(jù)鈦合金的配比與輔助支架的分割份數(shù)，分別稱料、混料，倒入相應的格擋中，特別是大、小顆粒海綿鈦分別與中間合金料混合，相間分布，如圖1所示，橫豎方格形輔助支架將模具型腔劃分為十六份，則需要稱料、混料十六次，其中“+”、“-”表示大小顆粒海綿鈦分別與中間合金料混合，相間分布于模具型腔中。

步驟3、松動輔助支架，在不影響格擋中原有布料的情況下，將輔助支架從模具型腔取出。

步驟4、啟動壓機，采用短行程立式壓制將模具型腔內的混合原料一次性壓制成大單重電極塊；該方法壓制成的電極塊單重大于等于100kg，優(yōu)選的電極塊單重為100-180kg。

短行程立式壓制是指壓機上模架抬起的高度盡量小，縮短壓機的行程。其內涵是指立式壓制方向的尺寸是電極塊形狀的最小尺寸，得到的電極塊的高度小于直徑，即得到的電極塊的壓制方向上的長度小于電極塊垂直壓制方向上的長度，這樣有利于電極塊壓實密度的均勻性，選用設備為3500t液壓機。

步驟5、重復執(zhí)行步驟1至步驟4，獲取多個大單重電極塊，并組焊為自耗電極，并依次將每個自耗電極進行2-3次真空自耗熔煉得到均勻性良好的鈦合金大型勻質鑄錠。

實施例1ta2純鈦φ620-2880kg鑄錠熔煉方法：原材料選用0級海綿鈦、工業(yè)純fe釘，鈦白粉。合金配比按照成分ti-0.25fe-0.20o(wt％)。預先將海綿鈦進行篩分，以12.7mm分界簡單地分為大小兩種顆粒。

在φ460的模具型腔中預先放置方格形輔助支架，將型腔分為十六份。分別按10kg的重量配料、稱料16次，倒入16個格檔中。特別將大小顆?；旌狭舷嚅g放置。松動取出支架后，一次性壓制成φ460-160kg的ta2純鈦電極塊。壓成的大單重電極塊厚度約300mm。

共制備18個電極塊，組焊為2個自耗電極。后續(xù)經(jīng)過真空自耗熔煉2次，獲得φ620-2880kg鑄錠。鑄錠上部、中部、下部fe元素含量的檢測結果為0.25％、0.23％、0.24％。o元素含量的檢測結果為0.20％、0.18％、0.21％。該錠號材料在后續(xù)加工過程中，未發(fā)現(xiàn)內部存在組織與成分偏析的現(xiàn)象。

實施例2tc4(ti-6al-4v)鈦合金φ620-3000kg鑄錠熔煉方法：原材料選用0級海綿鈦、alv55中間合金、工業(yè)純鋁豆，合金配比按照ti-6.2％al-4.2％v(wt％)。預先將海綿鈦進行篩分，以12.7mm分界簡單地分為大小兩種顆粒。

在φ380的模具型腔中預先放置方格形輔助支架，將型腔分為十六分。分別按6.25kg的重量配料、稱料十六次，倒入十六個格檔中。特別將大小顆粒混合料相間放置。松動取出支架后，一次性壓制成φ380-100kg的tc4鈦合金電極塊。壓成的大單重電極塊厚度約300mm。

共制備30個電極塊，組焊為4個自耗電極。后續(xù)經(jīng)過真空自耗熔煉3次，獲得φ620-3000kg鑄錠。鑄錠上部、中部、下部元素含量的檢測結果為：al％＝6.25％、6.30％、6.26％；v％＝4.20％、4.25％、4.24％；fe％＝0.15％、0.13％、0.14％；o％＝0.14％、0.13％、0.14％。該錠號材料在后續(xù)加工過程中，未發(fā)現(xiàn)內部存在組織與成分偏析的現(xiàn)象。

壓料用輔助支架可以根據(jù)電極塊的單重，原材料及配料的要求，模具型腔的規(guī)格等條件設計不同的結構，并不局限于本發(fā)明中提到的結構類型。