专利名称：一种真空自耗电弧熔炼用电极的制作方法
技术领域：
本实用新型属于真空自耗电弧熔炼技术领域，特别涉及一种真空自耗电弧熔炼用 电极。
背景技术：
真空自耗电弧熔炼是工业上制备钛合金、锆合金等稀有金属铸锭的常规方法。与 其它熔炼方法相比，真空自耗电弧熔炼可以制备大规格的铸锭，目前国内利用真空自耗电 弧熔炼可以制备钛合金的铸锭直径已经达到了 1050mm，重量为10吨。真空自耗电弧熔炼的 工作原理是，通常根据合金成分的配比将海绵钛、海绵锆以及各种合金原料在压力机上制 备成自耗电极，在低压或惰性保护气氛中电极在直流电弧的高温作用下迅速熔化并在水冷 铜坩埚内再次凝固，真空自耗电弧熔炼过程中电极沿轴向各截面顺序熔化进入熔池。实际 熔炼过程中，为了使电弧工作稳定，通常在坩埚外加产生纵向磁场的稳弧线圈，以稳定电弧 及减少边弧。外加的纵向稳弧磁场对于熔池有一定的搅拌作用，有利于熔炼过程中铸锭各 横截面合金成分的均勻，但是铸锭合金成分的均勻性基本上还是取决于自耗电极合金元素 分布的均勻性。为了保证熔炼过程中电极轴向各截面均勻溶化，电极没有成块的局部直接掉入熔 池的现象，电极压制后必须保证轴向各截面有一定的均勻结构强度，通常用电极的密度表 示。一般为满足熔炼要求，电极块的密度应不低于最终所熔炼钛合金密度的70% (—般应 不低于3. 2g/cm3)。因此如何保证自耗电极在制备过程中各种合金成分的分布均勻而且制 备的电极本身具有一定的结构强度对于铸锭成分的均勻性是非常重要的。钛合金和锆合金中，常含有高熔点难熔的合金元素Nb、Mo等。Nb、Mo等合金元素 的熔点与Ti和&等的熔点相差600°C左右，为了保证铸锭成分的均勻，通常将Nb、Mo等制 成中间合金以降低熔点。中间合金在配制的电极中所占的百分比很少时，可以直接破碎成 小块或者车成碎削后和海绵钛、海绵锆混合直接压制成电极。有些小块的返回料也可以采 用这种方法重新加入到自耗电极中。通常为保证电极的结构强度，配制电极时海绵状原料 所占重量百分比不低于70%，其余可以是块状或碎削状的中间合金或者返回料。一旦合金 中Nb、Mo等合金元素的含量较高，压制电极时难以变形的中间合金在电极中所占的比例过 大，由于可变形的海绵状原料过少，电极压制后结构强度难以保证，常常在熔炼前就出现局 部掉块的现象或者电极根本就无法成形。这种情况下，为制备出结构强度合格的电极，通常 将所需的中间合金及其它的各种原料都预先制备成板材，然后再按合金元素的配比将板材 拼焊成自耗电极。这种电极的结构由于预先要制备板材，电极的制备成本高而且制备的周 期长。另外，焊接时接头的氧化污染会带入一定量的间隙元素0、N等到成品铸锭中。
发明内容本实用新型针对现有技术中钛合金或锆合金压制过程中高熔点、难熔中间合金和 返回料比例高时自耗电极的结构强度难以保证而提供一种中间合金和返回料比例高时的真空自耗电弧熔炼用电极的结构。一种真空自耗电弧熔炼用电极，其特征在于，该真空自耗电弧熔炼用电极由海 绵状物料和中间合金网经压制而成，中间合金网的网格采用菱形结构，菱形的边长为 10-20mm，菱形两个边所夹的锐角不小于60°，压制而成的电极由海绵状物料层和中间合金 网层构成，相邻两个中间合金网层之间为海绵状物料层，且中间合金网层中海绵状物料均 勻的镶嵌在中间合金网的菱形孔洞中。所述中间合金网为具有网格的中间合金或返回料板材。所述海绵状物料为海绵钛、海绵锆、或者海绵钛和海绵锆的混合料。上述真空自耗电弧熔炼用电极的中间合金网可以直接利用板材成品或者由常规 的轧制工艺轧制而成的板材，网格可由任何机加工的方法加工获得，如板材直接在金属拉 网机上拉成具有菱形空洞的金属网、板材冲压出菱形空洞等。板材的厚度以能方便的加工 出菱形空洞为宜。优选的中间合金网的网丝直径为l_3mm。本实用新型的电极中中间合金或者返回料的比例可以提高到60%，中间合金或返 回料板材与海绵状原料按照夹心结构分层布料，压制成电极，电极压制的过程中镶嵌入可 以发生塑性变形的海绵状原料从而保证电极的结构强度。无需预先将海绵状原料制备成板 材。电极中海绵状原料和网状原料具体的分布及层数可根据压制具体电极的尺寸及保证合 金元素的均勻分布灵活确定。海绵状物料层和中间合金网层的厚度取决于电极的大小，及压制电极前同种物料 预定的份数(物料交替出现的层数)。例如，单块电极的尺寸大，预定的物料份数少，物料的 厚度就厚；相反单块电极的尺寸小，预定的物料份数多，物料的厚度就薄。本实用新型所设计真空自耗电极结构的优点是中间合金或返回料板材与海绵状 原料形成夹心结构，有利于合金元素的均勻；可以将自耗电极中中间合金或者返回料的比 例提高到60%，且直接与其余的海绵状原料压制电极，无需预先将海绵状原料制备成板材， 且所压制电极的密度不低于最终所熔炼合金密度的70%。压制好的电极未出现局部或整体 掉块现象。
图1是本实用新型结构示意图；图2是本实用新型中间合金网菱形结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明实施例1采用Ti-50Nb(Nb占Ti-50Nb中间合金的重量百分比为50%，其余为Ti)中间合 金1. 5mm板材及市售的海绵钛和海绵锆制备Ti-30Nb-20Zr (Nb占Ti-30Nb_20&合金重量 百分比为30%，Zr占Ti-30Nb-20&合金重量百分比为20%，其余为Ti)合金的自耗电极。 首先将Ti-50Nb中间合金1. 5mm板材在普通拉网机上拉制成图2所示的网(菱形结构的网 丝直径为1. 5mm)，菱形的边长为15mm，菱形两个边所夹的锐角为60°。按照Ti_30Nb_20Zr 的名义成分配制40公斤的电极块需要24公斤Ti-50Nb中 合金网，8公斤的海绵锆以及8公斤的海绵钛。将24公斤Ti-50Nb中间合金网按重量等分成3份，8公斤的海绵钛 按重量等分成4份，8公斤的海绵锆按重量等分成2份。然后将上述等分好的原料按照 钛-网-锆-钛-网-锆-钛-网-钛的顺序依次均勻的放入自耗电极挤压模具，最后在 3000吨压力机压制成电极。实测电极块的密度为4. 8g/cm3(Ti-30Nb-20&合金铸锭的密度 约为 6. 5g/cm3)。 所得真空自耗电弧熔炼用电极结构示意图如图1所示。压制而成的电极由海绵状 物料层和中间合金网层构成，相邻两个中间合金网层之间为海绵状物料层。海绵状物料层 为海绵钛层或海绵锆层，或者海绵钛和海绵锆的混合料层，且中间合金网层中海绵钛或海 绵锆均勻的镶嵌在Ti-50Nb中间合金网的菱形孔洞中。压制好的电极未出现局部或整体掉 块现象。
权利要求一种真空自耗电弧熔炼用电极，其特征在于，该真空自耗电弧熔炼用电极由海绵状物料和中间合金网经压制而成，中间合金网的网格采用菱形结构，菱形的边长为10-20mm，菱形两个边所夹的锐角不小于60°，压制而成的电极由海绵状物料层和中间合金网层构成，相邻两个中间合金网层之间为海绵状物料层，且中间合金网层中海绵状物料均匀的镶嵌在中间合金网的菱形孔洞中。
2.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼用电极，其特征在于，所述中间合金 网为具有网格的中间合金或返回料板材。
3.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼用电极，其特征在于，所述中间合金 网的网丝直径为l_3mm。
4.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼用电极，其特征在于，所述海绵状物 料为海绵钛、海绵锆、或者海绵钛和海绵锆的混合料。
专利摘要本实用新型公开了属于真空自耗电弧熔炼技术领域的一种真空自耗电弧熔炼用电极。该电极由海绵状物料和中间合金网经压制而成，中间合金网的网格采用菱形结构，菱形的边长为10-20mm，菱形两个边所夹的锐角不小于60°，压制而成的电极由海绵状物料层和中间合金网层构成，相邻两个中间合金网层之间为海绵状物料层，且中间合金网层中海绵状物料均匀的镶嵌在中间合金网的菱形孔洞中。中间合金或返回料板材与海绵状原料形成夹心结构，有利于合金元素的均匀；可以将自耗电极中中间合金或者返回料的比例提高到60％，且直接与其余的海绵状原料压制电极，无需预先将海绵状原料制备成板材，且所压制电极的密度不低于最终所熔炼合金密度的70％。
文档编号C22B9/21GK201608933SQ20092027810
公开日2010年10月13日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者于洋, 付艳艳, 叶文君, 惠松骁, 王希哲 申请人:北京有色金属研究总院