专利名称：一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法
技术领域：
本发明涉及 一 种钛合金铸锭的制备方法，特别是涉及 一 种含合金组元 的钛合金铸锭的制备方法。
背景技术：
含有高熔点、高比重组元的钛合金材料，如Ti-Ta、 Ti-Ta-Nb、 Ti-Mo、 Ti-W、 Ti-Hf系合金，由于其优良的耐蚀性能及生物相容性，在核工业、 医疗、化工等领域具有广阔的应用前景。这类钬合金含有钽、铌、鎢、钼、 铪等元素，与钛相比，具有熔点高、比重大的特点。使用普通的熔炼工艺， 难于合金化，易在铸锭中形成高密度夹杂，影响钛合金铸锭的质量。
目前，此类钛合金的熔炼有两种技术的解决办法 一是釆用真空等离 子冷床炉熔炼；二是将合金元素制备为中间合金，加入到电极块中，在真 空自耗电弧炉中熔炼。
釆用等离子冷床炉直接熔炼，是将高熔点、高比重的组元合金粉、板 条或颗粒与海绵钛压制电极后，通过惰性气体(氦气或氩气)保护，直接 在高能量的等离子束下进行熔炼，该工艺方法简单，但目前我国仅有一台 可熔炼100Kg的真空等离子冷床炉，设备运转不正常，且熔炼价格昂贵， 不适合批量钛合金铸锭的生产。
电极中加入中间合金，在真空电弧炉中熔炼是目前普遍采用的方法。 由于此类含高熔点、高比重组元钛合金中不含有Al元素，难于用常规的 铝热法制备中间合金。目前，制备此类中间合金主要有两种方法l)采用 粉末冶金的方法。通过钛粉与高熔点、高比重的组元粉末混合-压型-烧结 成条或块状中间合金。最后将中间合金加入到电极中进行真空自耗电弧熔 炼；2)通过等离子弧直接熔炼制备中间合金。将一定比例的高熔点、高比 重的合金组元与钛在高能量的等离子弧下进行熔炼，形成中间合金。这两
种方法的缺点是工艺复杂，成本高；出现杂质超标(中间环节易带入杂 质)，制备出来的中间合金軔性好，难于破碎，实际生产中，具体操作有 困难，不适合批量化生产。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、低成本的、 成材率高，能满足工业化生产的含合金组元的钛合金铸锭的制备方法。
为了实现上述目的，本发明釆用的技术方案是 一种含合金组元的钛 合金铸锭的制备方法，其特征在于该方法的过程为
(1) 将合金组元粉末与钛粉末在粉末混料机上充分混合均匀，所述 钛粉与合金组元粉末的混合比例>1 : 1;
(2) 用包裹物将步骤(1)混合均勾的粉末包裹，制备成合金包；
(3) 将步骤(2)制备的合金包均布到基体中，在压力机上压制成电
极块；
(4) 将电极块组焊成电极，将所述电极在真空自耗电弧炉中进行2 3
次熔炼，制备出均质钛合金铸锭。
所述合金组元为钽、铌、钼、钨和铪中的一种或几种；所述合金组元 粉末粒度>200目，所述钛粉末粒度>100目；所述包裹物为钛箔或硫酸 纸；所述钛箔的厚度《03mm;所述基体为海绵钛，或海绵钛与海绵锆的 混合物，或海绵钛与铌屑的混合物，或海绵钛与铌钛中间合金的混合物， 或海绵钛、海绵锆及铌屑的混合物，或海绵钛、海绵锆及铌钛中间合金的
混合物；所述基体在电极块中为两层不同粒度的颗粒组成，其中细颗粒基
体粒径为《5mm的颗粒。
本发明与现有技术相比具有以下优点本发明简化了工艺流程，降低 了因为复杂工艺过程而带入杂质的可能，减少了生产中对相关模具及设备 的依赖，降低了生产成本，有利于规模化生产。
图1为本发明制备的电极块的结构示意图。 图中l-包裹物，2-合金混合粉末，3-细颗粒基体，4-基体。 下面结合实施例对本发明做进一步说明。
具体实施例方式
实施例1
吨级小460mm Ti-6Ta合金铸锭的制备工艺过程如下
(1) 混粉Ti粉粒度-100~-200目,Ta粉粒度-200~-235目，在V型 混料机上按Ti粉:Ta粉=3:2的比例混合粉末，混粉速度50 120r/min， 混粉时间1 8小时。
(2) 制备合金包用0.3mm厚的钛箔将混合均句的混合粉末包成合 金包，混合粉末在合金包纵向上均勾分布。
(3) 压制电极釆用3000吨的油压机压制电极块，在压型模具下模 中，先铺一层海绵钛基体，然后铺一层细颗粒海绵钛基体，放入合金包， 再铺一层细颗粒海绵钛，再放入一合金包，再铺一层细颗粒海绵钛，然后， 加入剩余的海绵钛，保证两合金包在电极块中均匀分布，最后压制成电极 块。
(4) 熔炼通过氩弧焊将电极块焊接成电极。在普通真空自耗电弧 炉上熔炼(J)280mm的l次锭、(J)3卯mm的2次锭、(J) 460mm的3次锭。 l次熔炼电流、电压分别为12~13KA、 33~37V。 2次熔炼电流、电压分别 为9~10KA、 32 34V; 3次锭熔炼电流、电压分别为IO-IIKA、 32 34V。
3次铸锭的横向低倍显示铸锭内无不熔夹杂物的存在。纵向上的Ta成 份波动不大，控制在6±0.2 wt。/。之内，C、 N、 H、 O、 Fe等杂质元素的 含量也控制在较低的水平。横向上的Ta成份均勾性较好，控制在6±
0.13wty。之内。
实施例2
Ti-5Ta-1.8Nb合金铸锭的制备工艺过程如下
(1) 混粉Ti粉粒度-100~-200目,Ta粉粒度-200~-325目，在V型 粉末混料机上按Ti粉:Ta粉=3:2的比例混合粉末，混粉速度 50~120r/min,混粉时间1 8小时。
(2) 制备合金包用0.3mm厚的钬箔将混合均勾的混合粉末包成合 金包，混合粉末在合金包纵向上均匀分布。
(3) 基体将Nb-Ti中间合金丝剪成小段，并与海绵钛混合形成海 绵钛基体。
(4) 压制电极釆用500吨的油压机压制电极块，在压型模具下模
中，先铺一层海绵钛基体，然后铺一层细颗粒海绵钛基体，放入合金包， 再铺一层细颗粒海绵钛，然后，加入剩余的海绵钛基体。最后压制成电极 块。
(5)熔炼通过氩弧焊将电极块焊接成电极。在普通真空自耗电弧 炉上熔炼cl)60mm的l次锭、c|) 105mm的2次锭。1次锭熔炼电流、电压 分别为12~13KA、 33~37V。 2次锭熔炼电流、电压分别为9~10KA、 32 34V。
Ti-5Ta-;L8Nb合金二次铸锭的纵、横向低倍显示铸锭内无不熔夹杂 物存在。
Ta成份波动不大，铸锭纵向Ta成份控制在5土0.2wt。/o之内，Nb成 份控制在L8土0.12wt0/0 , C、 Fe等杂质元素的含量也控制在较低的水平。
权利要求
1、一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于该方法的过程为(1)将合金组元粉末与钛粉末在粉末混料机上充分混合均匀，所述钛粉与合金组元粉末的混合比例≥1∶1；(2)用包裹物将步骤(1)混合均匀的粉末包裹，制备成合金包；(3)将步骤(2)制备的合金包均布到基体中，在压力机上压制成电极块；(4)将电极块组焊成电极，将所述电极在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，制备出均质钛合金铸锭。
2、 根据权利要求l所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，其特征在于所述合金组元为钽、铌、钼、鵠和铪中的一种或几种。
3、 根据权利要求1所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法， 其特征在于所述合金组元粉末粒度> 200目，所述钛粉末粒度> 100目。
4、 根据权利要求l所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法， 其特征在于所述包裹物为钛箔或硫酸纸。
5、 根据权利要求4所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法， 其特征在于所述钛箔的厚度<0.3111111。
6、 根据权利要求1所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法， 其特征在于所述基体为海绵钛，或海绵钬与海绵锆的混合物，或海绵钛与 铌屑的混合物，或海绵钬与铌钬中间合金的混合物，或海绵钬、海绵锆及 铌屑的混合物，或海绵钛、海绵锆及铌钛中间合金的混合物。
7、 根据权利要求1或6所述的一种含合金组元的钛合金铸锭的制备 方法，其特征在于所述基体在电极块中为两层不同粒度的颗粒组成，其中 细颗粒基体粒径为《5mm的颗粒。
全文摘要
本发明公开了一种含合金组元的钛合金铸锭的制备方法，该方法的过程是将高熔点、高比重的合金组元粉末与钛粉末按一定比例在混料机上经一定时间混料后，将混合均匀的双金属或多金属粉末制备为合金包，合金包加入到基体材料中，压制电极块，组焊电极，然后在真空自耗电弧炉中进行2～3次熔炼，最终制备出均质的钛合金铸锭。本发明制备工艺简单、成本低、生产组织便捷，可大大提高此类钛合金铸锭工业化生产的效率，适用于各种含高熔点、高比重组元的二元系或多元系钛合金铸锭的制备。
文档编号B22D23/00GK101181744SQ20071018854
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月10日 优先权日2007年12月10日
发明者吴金平, 杨英丽, 桥 林, 殷京瓯, 苏航标, 彬 赵, 赵恒章, 郭荻子 申请人:西北有色金属研究院