专利名称：Ti80钛合金标准物质及其制备方法
技术领域：
本发明属于分析检测技术领域，涉及一种计量检测钛合金材料的标准物质，具体涉及一种TiSO钛合金标准物质，还涉及这种标准物质的制备方法。
背景技术：
Τ 80钛合金的名义组分为Ti-6Al-3Nb-2Zr-lMo，是一种铝含量较高，并含有β稳定元素Nb、Mo和中性元素Zr的近α型钛合金，是专为船舶设计的一种具有高强耐蚀易焊等优质性能的钛合金牌号。该合金具有较高的比强度，属于786MPa级钛合金，具有很强的抗腐蚀性和良好的焊接性能，被广泛应用于船舶的受力构件、螺栓、轴及耐压耐蚀壳体。为了保障钛合金产品的质量可靠性及稳定性，必须对其材质进行准确的组分测量，需要相应的钛合金标准物质对分析方法、分析设备及分析结果进行校准。目前钛合金分析方法除湿法的化学分析方法外，先进快捷的仪器分析方法有(l)x射线荧光光谱分析法；(2)光电直读光谱法；(3)原子吸收光谱法；(4) ICP等离子光谱法等，这些分析方法均需要相应的标准物质用于建立工作标准，对仪器进行校准。标准物质是具有一种或多种足够均匀和很好确定了的特性值，用于校验仪器，评价测量方法或给材料赋值的材料或物质。标准物质作为计量器具的一种，它能复现，保存和传递量值，保证在不同时间与空间量值的可比性与一致性。钛合金标准物质的作用可以归纳为以下几个方面(I)评价分析测试方法的精密度和准确度；(2)用于校准分析仪器；
(3)用作建立钛合金的分析测定工作标准；(4)控制钛合金材料的分析质量；(5)用于实验室认可和实验室能力验证。TiSO钛合金系列标准物质的研制主要有以下两个难点(I)如何控制Ti80钛合金标准物质各元素组分含量，使其覆盖Ti80钛合金标准组分含量范围，并且使各元素含量呈梯度分布，以满足标准物质的使用需要。由于标准物质需要绘制分析工作曲线，标准物质各分析元素含量应呈合理地梯度分布，由于TiSO钛合金各元素化学组分含量范围很窄，要满足6个含量点梯度分布，熔炼过程对成分含量的精确控制有较大难度。例如主元素Nb的含量范围仅相差2. 0%，相邻两含量点，其中较低组分的上限与较高组分的下限仅相差O. 1%，6个含量很难呈梯度分布。TiSO材质中需要定量分析的元素有Al、Nb、Zr、Mo、Si、Fe、C等元素，各元素的饱和蒸气压不同，熔炼过程中挥发不同步，其中Al、Fe、Si元素的饱和蒸气压高于基体钛，挥发较严重，并且Si、Fe、C杂质元素的最低含量往往超过了基体材料海绵钛和各种中间合金带入的Si、Fe、C杂质含量，并且原材料中杂质组分含量分布不均匀，很难准确控制其组分，并使其满足6个组分梯度分布。(2)标准物质特性量值的均匀性、稳定性和准确性是重要的质量指标，所以对标准物质铸锭的均匀性要求极高，如何解决铸锭的偏析问题，以保证各元素的均匀性。根据国家冶金产品光谱标准物质技术规范有关规定主要组分元素的含量范围，按产品技术条件的上、下限(尤其是下限)向外适当延伸。含量在10%以上者，延伸59Γ15% ;含量在10%以下者，延伸159Γ30%。杂质元素含量范围，应当包含该牌号或产品技术条件要求的上限，而且在不至于产生第三元素影响的前提下，最高值可以达到最低值的5倍以上。由于标准物质组分含量范围要比标准组分范围宽，各元素最高含量往往超过了该元素在基体材料中的固溶度，均匀性很难保证。例如，Τ 80钛合金标准组分Al元素的最高含量是6. 5%,标准物质中Al元素的最高含量是7. 0%，Al元素含量超过6. 0%将析出金属化合物Ti3Al,产生偏析，并且钛合金凝固过程中，α稳定元素(主要是Al)易在晶界富集，β稳定元素Mo、Nb易在晶界贫化，均匀性很难达到标准物质的要求。由于TiSO钛合金系列标准物质研制难度很大，所以迄今为止，国内外均没有TiSO钛合金系列标准物质。因此，迫切需要研制一种TiSO钛合金材料组分分析标准物质，以准确控制和保证Ti80钛合金产品质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种TiSO钛合金标准物质，用于TiSO钛合金各元素的组分 分析。本发明的另一个目的是提供上述标准物质的制备方法。本发明的目的是这样实现的，Ti80钛合金标准物质，各主要元素含量范围为A1 4. 3wt% 7. 2wt%, Nb I. 85wt%^4. 15wt%,Mo 0. 15wt% 2. 05wt%, Zr :0. 85wt% 3. 15wt%,Si 0. 00wt% 0. 27wt%, Fe :0. 00wt% 0. 40wt%,C 0. 00wt% 0. 14wt%，其余为 Ti 及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百。本发明TiSO钛合金标准物质由如下6种标准物质组成(I) Τ 80-1,各组分的重量百分比为A1 4. 5±0· 2wt%, Nb :4. 00±O. 15wt%,Mo 0. 10±0. 05wt%, Zr :3. 00±0. 15wt%, Si :0. 01±0. 02wt%, Fe :0. 35±0. 05wt%, C 0. 12±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百；(2) Τ 80-2,各组分的重量百分比为Α1 5. 0±(λ 2wt%, Nb 3. 70±0· 15wt%,Mo 0. 30±0. 05wt%, Zr :2. 70±0. 15wt%, Si :0. 05±0. 02wt%, Fe :0. 30±0. 05wt%, C 0. 08±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百；(3) Τ 80-3,各组分的重量百分比为A1 5. 5±0· 2wt%, Nb 3. 30±0· 15wt%,Mo 0. 60±0. 05wt%, Zr :2. 30±0. 15wt%, Si :0. 10±0. 02wt%, Fe :0. 24±0. 05wt%, C 0. 06±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百；(4) Τ 80-4,各组分的重量百分比为A1 6. 0±0· 2wt%, Nb 2. 80±0· 15wt%,Mo 1. 00±0. 05wt%, Zr :1. 90±0. 15wt%, Si :0. 15±0. 02wt%, Fe :0. 18±0. 05wt%, C 0.04±0.02wt%，其余为T i及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百；(5) Τ 80-5,各组分的重量百分比为A1 :6. 5±0· 2wt%, Nb :2. 40±0· 15wt%,Mo 1. 50±O. 05wt%, Zr :1. 50±O. 15wt%, Si :0. 20±O. 02wt%, Fe :0. 12±O. 05wt%, C O. 02±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百；(6) Τ 80-6,各组分的重量百分比为:A1 :7. 0±0· 2wt%, Nb :2. 00±0· 15wt%,Mo 2. 00±O. 05wt%, Zr :1. 00±O. 15wt%, Si :0. 25±O. 02wt%, Fe :0. 05±O. 05wt%, C O. 01±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百。本发明的另一个目的是这样实现的，上述Ti80钛合金标准物质的制备方法，包括以下步骤
(I)配料采用O级海绵钛、ΑΙΜοδΟ中间合金、AlNb50中间合金、AlSi24中间合金、海绵锆、纯铁、纯铝和石墨作为原料，按钛合金标准物质各元素含量要求进行配料计算，并分别称取上述原料备用；(2)电极块压制采用海绵钛和中间合金单块电极混料方法，为防止电极压制过程中一些粒度较小的中间合金和纯金属添加剂散落在模具底部，先将适量的海绵钛铺在模具底部，再将海绵钛与中间合金的混合物置于模具一并压制，实现合金元素在自耗电极中的均匀分布；(3)电极焊接将压制好的电极依次放入焊接箱内，当真空度抽至I. 33xlO_1Pa时，充入氩气，用等离子焊将电极拼焊成电极组；(4)熔炼将电极组放入真空自耗电极电弧炉内进行第 一次熔炼；将一次铸锭作为二次电极，在真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼二次锭，然后将二次锭作为三次电极，在真空自耗电极电弧炉熔炼三次锭作为成品铸锭；(5)均匀化退火对铸锭进行均匀化退火，消除铸锭中存在的枝晶偏析和区域偏析等，使铸锭组分和组织均匀化，防止锻造过程中铸锭开裂；(6)均匀化变形加工对铸锭采用交互式墩拔变形加工工艺得到符合要求尺寸的钛合金棒材；(7)再结晶退火对锻棒进行再结晶退火，进一步细化晶粒，稳定组织；(8)加工屑状样首先采用车床加工去除钛合金棒表面氧化皮，然后进行车屑，并对钛屑进行粉碎、过筛、清洗、晾干、装瓶等工序，最终得到O. 5mmXr2mm的屑状钛合金标准物质，可用于ICP等离子光谱等仪器；(9)加工块状样采用车床加工钛合金棒至<7)36 mmX25mm，得到块状钛合金标准物质，可用于光电直读光谱等仪器。本发明具有如下有益效果I.本发明TiSO钛合金标准物质能够用于TiSO钛合金光谱分析，可以准确控制和保证Ti80钛合金产品质量。2.本发明TiSO钛合金标准物质的制备方法可靠易行，可以制备出符合使用要求的Ti80钛合金标准物质。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明Ti80钛合金标准物质，各主要元素含量范围为A1 4. 3wt% 7. 2wt%,Nb 1. 85wt%^4. 15wt%, Mo 0. 15wt% 2. 05wt%, Zr :0. 85wt% 3. 15wt%, Si :0. 00wt% 0. 27wt%, Fe 0. 00wt% 0. 40wt%, C :0. 00wt% 0. 14wt%,其余为 Ti 及其它杂质元素(如 N、
H、O等)，各组分的重量百分比之和为百分之百。按照全元素系统设计方法设计了 6种成分梯度的标准物质，亦即本套标准物质由如下6种标准物质组成(I) Τ 80-1,各组分的重量百分比为A1 :4. 5±0· 2wt%, Nb :4. 00±O. 15wt%,Mo 0. 10±0. 05wt%, Zr :3. 00±0. 15wt%, Si :0. 01±0. 02wt%, Fe :0. 35±0. 05wt%, C 0. 12±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素(如N、H、0等)，各组分的重量百分比之和为百分之百；(2) Τ 80-2 各组分的重量百分比为A1 :5. 0±0· 2wt%, Nb :3. 70±O. 15wt%,Mo 0. 30±O. 05wt%, Zr :2. 70±O. 15wt%, Si :0. 05±O. 02wt%, Fe :0. 30±O. 05wt%, C O. 08±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素(如N、H、0等)，各组分的重量百分比之和为百分之百；(3) Τ 80-3 各组分的重量百分比为A1 :5. 5±0· 2wt%, Nb :3. 30±0· 15wt%,Mo 0. 60±O. 05wt%, Zr :2. 30±O. 15wt%, Si :0. 10±O. 02wt%, Fe :0. 24±O. 05wt%, C O. 06±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素(如Ν、Η、0等)，各组分的重量百分比之和为百分之百；
(4) Τ 80-4 各组分的重量百分比为A1 :6. 0±0· 2wt%, Nb :2. 80±0· 15wt%,Mo 1. 00±O. 05wt%, Zr :1. 90±O. 15wt%, Si :0. 15±O. 02wt%, Fe :0. 18±O. 05wt%, C O. 04±0. 02wt%，其余为T i及其它杂质元素(如N、H、O等)，各组分的重量百分比之和为百分之百；(5) Τ 80-5 各组分的重量百分比为A1 :6. 5±0· 2wt%, Nb :2. 40±0· 15wt%,Mo 1. 50±O. 05wt%, Zr :1. 50±O. 15wt%, Si :0. 20±O. 02wt%, Fe :0. 12±O. 05wt%, C O. 02±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素(如Ν、Η、0等)，各组分的重量百分比之和为百分之百；(6) Τ 80-6 各组分的重量百分比为A1 :7. 0±0· 2wt%, Nb :2. 00±0· 15wt%,Mo 2. 00±O. 05wt%, Zr :1. 00±O. 15wt%, Si :0. 25±O. 02wt%, Fe :0. 05±O. 05wt%, C O. 01 ±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素(如Ν、Η、0等)，各组分的重量百分比之和为百分之百。本发明TiSO钛合金标准物质的制备方法，具体按照以下步骤实施(I)配料按TiSO钛合金标准物质各元素含量要求进行配料计算，称取直径为3飞mm的O级海绵钛、Α1Μο50中间合金、AlNb50中间合金、AlSi24中间合金、海绵锆、纯铁、纯铝和石墨作为原料。采用O级海绵钛可以避免海绵钛中杂质的影响，选择直径为T5mm海绵钛可以使海绵钛的分布更均匀。由于海绵钛的熔点是1668±4°C，密度是4. 51g/cm3 ;金属铝的熔点是600°C，密度是2. 70g/cm3 ;金属钥的熔点是2610°C，密度是10. 2g/cm3 ;金属铌的熔点2468°C，密度是8. 57g/cm3 ;非金属硅的熔点是1410°C，密度是2. 33g/cm3，这些元素的熔点或密度与金属钛的熔点或密度差异较大，直接加入进行熔炼，容易产生高熔点、高密度组元的夹杂和偏析，以及低密度组元的偏析。因此，采用密度、比热容、熔化潜热与基体金属钛相近的Al-Mo、Al-Nb, Al-Si中间合金作为原料进行熔炼，可以改善合金化条件，克服偏析和不熔夹杂等冶金缺陷。并且中间合金、纯金属与海绵钛粒度应控制在一定范围内，合理搭配，中间合金与纯金属的颗粒应尽量细小，以利于中间合金在电极中的均匀分布，同时提高电极块强度。保证在熔炼时中间合金与金属钛同步熔化，避免熔炼过程中的非正常掉块，克服由此而引起的合金元素贫化偏析。(2)电极块压制本发明采用海绵钛和中间合金单块电极混料的方法，在压制电极块前，为了使化学成分均匀，采用旋转式混料机对海绵钛及各种合金添加剂进行均匀化混和。为防止电极压制过程中一些粒度较小的中间合金和纯金属添加剂散落在模具底部，先将适量的海绵钛铺在模具底部，再将海绵钛与中间合金的混合物置于模具中，采用2000吨压力机压制电极，得到规格为01OOmmx3OOmm的电极。(3)电极焊接真空充氩箱内焊接电极，将上步得到的多个电极依次放入焊接箱内，当真空度抽至I. 33xlO^Pa时，充入纯度不低于99. 95%的氩气，用等离子焊将多个电极拼焊成长度为150±5cm的电极组，保证电极焊接后平直，无氧化污染，抗拉强度不小于IOMpa ；(4)熔炼真空自耗电极电弧炉熔炼一次铸锭，将焊好的电极组放入真空自耗电极电弧炉内进行熔炼。将炉内的真空度控制在6. 65x10^1. 33xlO_2Pa范围内，熔炼真空度高，有利于降低炉膛内有害气体O、N、H的含量，同时有利于金属熔化时气体的上浮和排出，可达到有效去除金属中的气体和非金属夹杂物，准确控制化学组分，减少合金元素氧化烧损等目的。但过高的真空度又会导致合金中饱和蒸气压较高的元素(通常是低熔点元素)挥发较严重，使组分均匀性不易控制。控制熔炼电压为28 36V，熔炼电流为3500 5000A，较小的熔炼电流可以使熔池处于较平静状态下熔炼，有效防止熔池的扰动对结晶前沿的冲刷，同时也有利于降低熔炼速度，减小熔池深度和熔池温度梯度，保持熔池扁平，为轴向结晶创造良好条件，提高合金均匀性，减少合金偏析。适当提高熔炼电流，可使熔融钛液滴数量增多，颗粒变小，其表面积增大，有利于熔融金属中非金属杂质和气体杂质的去除，提高合金提纯效果。因此，一次熔炼时，宜采用适当大的熔炼电流，在二次、三次熔炼时，应采用较小的熔炼电流。保证电极与坩埚内壁的间隙为3(T40mm，电极与坩埚的直径比为O. 5^0. 9，调节电极熔化速度为12 30g/s，通过该熔化速度的变化来控制熔池的深度，从而达到控制金属液体凝固速率的目的，在熔炼初期，考虑底垫和坩埚的激冷效应，铸锭凝固速度较快，熔炼速度也要相应加快，迅速建立熔池，并尽快稳定，熔炼中、后期，要将熔池深度控制在适宜的范围内，缓缓降低熔炼速度，停止放弧前60 90min，将熔炼速度减下来，依次降低熔池热容量、凝固潜热和熔池深度，从而提高凝固速率，抑制Fe等元素的富集，防止偏析。通过随时调节坩埚外部线圈中直流电的电流大小，将电流控制在3000 15000A，来调整稳弧磁场的强度，确保弧柱受控，燃烧，能对熔池起到充分的搅拌作用，使合金组分均匀，晶粒细化。控制坩埚的冷却水流速，保证出水温度在40° C以下，进出口水温差不超过10° C。熔炼结束后，待铸锭温度下降到20(T400° C范围内出炉。真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼二次铸锭，将电弧炉熔炼的一次铸锭进行机加工，去除表面氧化皮和顶端冒口部分，抽样检查化学组分及杂质含量，满足组分要求时，转入真空自耗电极电弧凝壳炉内进行熔炼，真空度抽至I. 33x10^8，起弧后调节熔炼电压为30 35V、电流密度为O. 4^0. 6A/cm2,电极与坩埚的直径比为O. 45、. 88、电极与坩埚内壁的间隙为3(T40mm、控制坩埚的冷却水流速，保证出水温度在35° C以下，进出口水温差不超过10° C，浇注石墨铸型时控制浇注时间为3飞S，离心盘转速为20(T500r/min，浇注完待铸锭冷却至400° C以下时出炉。真空自耗电极电弧炉熔炼三次铸锭，将凝壳炉熔炼的二次铸锭进行机加工，去除表面氧化皮和顶端冒口部分，抽样检查化学组分及杂质含量，满足组分要求时，转入真空自耗电极电弧炉内进行熔炼，真空度为6. 65xl0_2 I. 33xlO_2Pa，熔炼电流为2500 4000A，电极与坩埚内壁的间隙为30 38mm，电极与坩埚的直径比为O. 45 O. 85，电极熔化速度为12 30g/s，控制坩埚的冷却水流速，保证出水温度在40° C以下，进出口水温差不超过10° C。熔炼结束后，待铸锭温度下降到20(T400° C范围内出炉。
(5)均匀化退火采用真空退火炉对铸锭进行均匀化退火，消除铸锭中存在的枝晶偏析和区域偏析等，使铸锭组分和组织均匀，并防止锻造过程中铸锭开裂。退火温度为950°C，保温时间为10h，待温度下降到200° C以下出炉。(6)均匀化变形加工对铸锭采用交互式墩拔变形加工工艺细化铸锭组织，进一步改善铸锭的组分均匀性。将铸锭加热至1150°C开坯锻造，采用3T锤进行多次墩拔，最后采用IT自由锻锤将钛合金棒材改锻至Φ5(Γ55πιπι。(7)再结晶退火采用真空退火炉对锻棒进行再结晶退火，进一步细化晶粒，稳定组织。退火温度为900°C，保温时间为2h，待温度下降到200° C以下出炉。(8)加工屑状样首先采用车床加工去除钛合金棒表面氧化皮，然后进行车屑，并对钛屑进行粉碎、过筛、清洗、晾干、装瓶等工序，最终得到O. 5mmXr2mm的屑状钛合金标准物质，可用于ICP等离子光谱等仪器。(9)加工块状样采用车床加工钛合金棒至@36 mm><25mm，得到块状钛合金标 准物质，可用于光电直读光谱等仪器。实施例，Τ 80钛合金标准物质及其制备方法，制备Ti80钛合金标准物质Ti80_l、Ti80-2、Ti80-3、Ti80_4、Τ 80-5 和 Ti80_6。其重量组分见表 1，具体配料见表2。一、制备 Ti80_l具体制备步骤如下(I)配料按投料IOOkg计算，称取海绵钛87. 5kg、Α1Μο50中间合金O. 19kg、AlNb50中间合金8. 08kg、海绵锆3. 03kg、纯铁O. 36kg、纯铝O. 71kg和石墨O. 13kg作为原料。采用O级海绵钛可以避免海绵钛中杂质的影响，选择直径为T5mm海绵钛可以使海绵钛的分布更均匀。由于海绵钛的熔点是1668±4°C，密度是4. 51g/cm3 ;金属铝的熔点是600°C，密度是2. 70g/cm3 ;金属钥的熔点是2610°C，密度是10. 2g/cm3 ;金属铌的熔点2468°C，密度是8. 57g/cm3 ;非金属硅的熔点是1410°C，密度是2. 33g/cm3，这些元素的熔点或密度与金属钛的熔点或密度差异较大，直接加入进行熔炼，容易产生高熔点、高密度组元的夹杂和偏析，以及低密度组元的偏析。因此，采用密度、比热容、熔化潜热与基体金属钛相近的Al-Mo、Al-Nb, Al-Si中间合金作为原料进行熔炼，可以改善合金化条件，克服偏析和不熔夹杂等冶金缺陷。并且中间合金、纯金属与海绵钛粒度应控制在一定范围内，合理搭配，中间合金与纯金属的颗粒应尽量细小，以利于中间合金在电极中的均匀分布，同时提高电极块强度。保证在熔炼时中间合金与金属钛同步熔化，避免熔炼过程中的非正常掉块，克服由此而引起的合金元素贫化偏析。(2)电极块压制本发明采用海绵钛和中间合金单块电极混料的方法，在压制电极块前，为了使化学成分均匀，采用旋转式混料机对海绵钛及各种合金添加剂进行均匀化混和。为防止电极压制过程中一些粒度较小的中间合金和纯金属添加剂散落在模具底部，先将适量的海绵钛铺在模具底部，再将海绵钛与中间合金的混合物置于模具中，采用2000吨压力机压制电极，得到规格为0100mm><300mm的电极。(3)电极焊接真空充氩箱内焊接电极，将上步得到的多个电极依次放入焊接箱内，当真空度抽至I. 33xlO^Pa时，充入纯度不低于99. 95%的氩气，用等离子焊将多个电极拼焊成长度为150±5cm的电极组，保证电极焊接后平直，无氧化污染，抗拉强度不小于IOMpa ；(4)熔炼真空自耗电极电弧炉熔炼一次铸锭，将焊好的电极组放入真空自耗电极电弧炉内进行熔炼。将炉内的真空度控制在6. 65x10^1. 33xlO_2Pa范围内，熔炼真空度高，有利于降低炉膛内有害气体O、N、H的含量，同时有利于金属熔化时气体的上浮和排出，可达到有效去除金属中的气体和非金属夹杂物，准确控制化学组分，减少合金元素氧化烧损等目的。但过高的真空度又会导致合金中饱和蒸气压较高的元素(通常是低熔点元素)挥发较严重，使组分均匀性不易控制。控制熔炼电压为28 36V，熔炼电流为3500 5000A，较小的熔炼电流可以使熔池处于较平静状态下熔炼，有效防止熔池的扰动对结晶前沿的冲刷，同时也有利于降低熔炼速度，减小熔池深度和熔池温度梯度，保持熔池扁平，为轴向结晶创造良好条件，提高合金均匀性，减少合金偏析。适当提高熔炼电流，可使熔融钛液滴数量增多，颗粒变小，其表面积增大，有利于熔融金属中非金属杂质和气体 杂质的去除，提高合金提纯效果。因此，一次熔炼时，宜采用适当大的熔炼电流，在二次、三次熔炼时，应采用较小的熔炼电流。保证电极与坩埚内壁的间隙为3(T40mm，电极与坩埚的直径比为
O.5^0. 9，调节电极熔化速度为12 30g/s，通过该熔化速度的变化来控制熔池的深度，从而达到控制金属液体凝固速率的目的，在熔炼初期，考虑底垫和坩埚的激冷效应，铸锭凝固速度较快，熔炼速度也要相应加快，迅速建立熔池，并尽快稳定，熔炼中、后期，要将熔池深度控制在适宜的范围内，缓缓降低熔炼速度，停止放弧前60 90min，将熔炼速度减下来，依次降低熔池热容量、凝固潜热和熔池深度，从而提高凝固速率，抑制Fe等元素的富集，防止偏析。通过随时调节坩埚外部线圈中直流电的电流大小，将电流控制在3000 15000A，来调整稳弧磁场的强度，确保弧柱受控，燃烧，能对熔池起到充分的搅拌作用，使合金组分均匀，晶粒细化。控制坩埚的冷却水流速，保证出水温度在40° C以下，进出口水温差不超过10° C。熔炼结束后，待铸锭温度下降到20(T400° C范围内出炉。真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼二次铸锭，将电弧炉熔炼的一次铸锭进行机加工，去除表面氧化皮和顶端冒口部分，抽样检查化学组分及杂质含量，满足组分要求时，转入真空自耗电极电弧凝壳炉内进行熔炼，真空度抽至I. 33x10^8，起弧后调节熔炼电压为30 35V、电流密度为O. 4^0. 6A/cm2,电极与坩埚的直径比为O. 45、. 88、电极与坩埚内壁的间隙为3(T40mm、控制坩埚的冷却水流速，保证出水温度在35° C以下，进出口水温差不超过10° C，浇注石墨铸型时控制浇注时间为3飞S，离心盘转速为20(T500r/min，浇注完待铸锭冷却至400° C以下时出炉。真空自耗电极电弧炉熔炼三次铸锭，将凝壳炉熔炼的二次铸锭进行机加工，去除表面氧化皮和顶端冒口部分，抽样检查化学组分及杂质含量，满足组分要求时，转入真空自耗电极电弧炉内进行熔炼，真空度为6. 65xl0_2 I. 33xlO_2Pa，熔炼电流为2500 4000A，电极与坩埚内壁的间隙为30 38mm，电极与坩埚的直径比为O. 45 O. 85，电极熔化速度为12 30g/s，控制坩埚的冷却水流速，保证出水温度在40° C以下，进出口水温差不超过10° C。熔炼结束后，待铸锭温度下降到20(T400° C范围内出炉。(5)均匀化退火采用真空退火炉对铸锭进行均匀化退火，消除铸锭中存在的枝晶偏析和区域偏析等，使铸锭组分和组织均匀，并防止锻造过程中铸锭开裂。退火温度为950°C，保温时间为10h，待温度下降到200° C以下出炉。(6)均匀化变形加工对铸锭采用交互式墩拔变形加工工艺细化铸锭组织，进一步改善铸锭的组分均匀性。将铸锭加热至1150°C开坯锻造，采用3T锤进行多次墩拔，最后采用IT自由锻锤将钛合金棒材改锻至Φ5(Γ55πιπι。(7)再结晶退火采用真空退火炉对锻棒进行再结晶退火，进一步细化晶粒，稳定组织。退火温度为900°C，保温时间为2h，待温度下降到200° C以下出炉。(8)加工屑状样首先采用车床加工去除钛合金棒表面氧化皮，然后进行车屑，并对钛屑进行粉碎、过筛、清洗、晾干、装瓶等工序，最终得到O. 5mmXr2mm的屑状钛合金标准物质，可用于ICP等离子光谱等仪器。(9)加工块状样采用车床加工钛合金棒至(/ 36 mmx25mrn，得到块状钛合金标准物质，可用于光电直读光谱等仪器。二、制备 Ti80_2 Ti80_6制备步骤与制备Ti80_l相同。表I实施例Ti80钛合金标准物质组分重量百分比)
权利要求
1.一种TiSO钛合金标准物质，其特征在于，各主要元素含量范围为A1 :4.3wt% 7.2wt%, Nb I. 85wt% 4. 15wt%, Mo 0. 15wt% 2. 05wt%, Zr 0. 85wt% 3. 15wt%, Si 0.00wt% 0. 27wt%, Fe :0. 00wt% 0. 40wt%, C :0. 00wt% 0. 14wt%，其余为 Ti 及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百。
2.如权利要求I所述的TiSO钛合金标准物质，其特征在于，由如下6种标准物质组成 (1)Τ 80-1,各组分的重量百分比为，Al 4. 5±0· 2wt%, Nb 4. 00±O. 15wt%, Mo O.10±0. 05wt%, Zr :3. 00±0. 15wt%, Si :0. 01 ±0. 02wt%, Fe :0. 35±0. 05wt%, C 0.12±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百；(2)Τ 80-2,各组分的重量百分比为，Al 5. 0±0· 2wt%, Nb :3. 70±0· 15wt%, Mo O.30±0. 05wt%, Zr :2. 70±0. 15wt%, Si :0. 05±0. 02wt%, Fe :0. 30±0. 05wt%, C 0.08±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百； (3)Τ 80-3,各组分的重量百分比为，Al 5. 5±0· 2wt%, Nb :3. 30±0· 15wt%, Mo O. 60±0. 05wt%, Zr :2. 30±0. 15wt%, Si :0. 10±0. 02wt%, Fe :0. 24±0. 05wt%, C 0.06±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百； (4)Τ 80-4,各组分的重量百分比为，Al 6. 0±0· 2wt%, Nb 2. 80±0· 15wt%, Mo 1.00±0. 05wt%, Zr :1. 90±0. 15wt%, Si :0. 15±0. 02wt%, Fe :0. 18±0. 05wt%, C 0.04.0.02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百； (5)Τ 80-5,各组分的重量百分比为，Al 6. 5±0· 2wt%, Nb 2. 40±0· 15wt%, Mo 1.50±0. 05wt%, Zr :1. 50±0. 15wt%, Si :0. 20±0. 02wt%, Fe :0. 12±0. 05wt%, C 0.02±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百； (6)Τ 80-6,各组分的重量百分比为，Al 7. 0±0· 2wt%, Nb :2. 00±0· 15wt%, Mo 2.00±0. 05wt%, Zr :1. 00±0. 15wt%, Si :0. 25±0. 02wt%, Fe :0. 05±0. 05wt%, C 0.01±0. 02wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百。
3.如权利要求I或2所述TiSO钛合金标准物质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 Cl)配料采用O级海绵钛、A1MO50中间合金、AlNb50中间合金、AlSi24中间合金、海绵锆、纯铁、纯铝和石墨作为原料，按钛合金标准物质各元素含量要求进行配料计算，并分别称取上述组分的原料备用； (2)电极块压制采用海绵钛和中间合金单块电极混料方法，为防止电极压制过程中一些粒度较小的中间合金和纯金属添加剂散落在模具底部，先将适量的海绵钛铺在模具底部，再将海绵钛与中间合金的混合物置于模具一并压制，实现合金元素在自耗电极中的均匀分布； (3)电极焊接将压制好的电极依次放入焊接箱内，当真空度抽至I.33xlO_1Pa时，充入氩气，用等离子焊将电极拼焊成电极组； (4)熔炼将电极组放入真空自耗电极电弧炉内进行第一次熔炼；将一次铸锭作为二次电极，在真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼二次锭，然后将二次锭作为三次电极，在真空自耗电极电弧炉熔炼三次锭作为成品铸锭； (5)均匀化退火对铸锭进行均匀化退火，消除铸锭中存在的枝晶偏析和区域偏析等，使铸锭组分和组织均匀化，防止锻造过程中铸锭开裂；(6)均匀化变形加工对铸锭采用交互式墩拔变形加工工艺得到符合要求尺寸的钛合金棒材； (7)再结晶退火对锻棒进行再结晶退火，进一步细化晶粒，稳定组织； (8)加工屑状样首先采用车床加工去除钛合金棒表面氧化皮，然后进行车屑，并对钛屑进行粉碎、过筛、清洗、晾干、装瓶等工序，最终得到O. 5mmXr2mm的屑状钛合金标准物质，可用于ICP等离子光谱等仪器； (9)加工块状样采用车床加工钛合金棒至^36得到块状钛合金标准物质，可用于光电直读光谱等仪器。
全文摘要
Ti80钛合金标准物质，各主要元素含量范围为Al4.3wt%～7.2wt%，Nb1.85wt%~4.15wt%，Mo0.15wt%～2.05wt%，Zr0.85wt%～3.15wt%，Si0.00wt%～0.27wt%，Fe0.00wt%～0.40wt%，C0.00wt%～0.14wt%，其余为Ti及其它杂质元素，各组分的重量百分比之和为百分之百。其制备方法按照以下步骤实施配料，立式横压压力机压制电极，真空充氩箱内焊接电极，真空自耗电极电弧炉熔炼一次铸锭，真空自耗电极电弧凝壳炉熔铸二次铸锭，真空自耗电极电弧炉熔炼三次铸锭，均匀化退火，均匀化变形加工，热处理，机加工，得到本发明钛合金标准物质。这种标准物质，组分均匀性良好，能够用于Ti80钛合金组分分析，以准确控制和保证Ti80钛合金产品质量。
文档编号C22F1/18GK102965541SQ201210521268
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者赵教育, 张亚娟, 袁满, 巩红涛, 张卫国 申请人:中国船舶重工集团公司第十二研究所