一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法与流程
本发明属于合金铸锭熔炼技术领域，具体涉及一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法。
背景技术：
镍钛形状记忆合金具有奇特的形状记忆效应和超弹性、优良的耐磨、耐腐蚀和阻尼性能以及良好的机械性能，其应用范围非常广泛，涉及机械、电子、化工、能源、建筑、医疗和航空航天等领域。镍钛形状记忆合金材料的制造，铸锭的获得是材料制造的第一步，铸锭成分的均匀性、尺寸大小以及成品率都是重要的研究方向。目前镍钛形状记忆合金的熔炼有两种方法：一种是通过真空中频熔炼，另一种是真空自耗电极电弧熔炼；前一种方法在成分的均匀性方面比较好，但是镍钛合金浇注后铸锭的尺寸规格较小，成品率较低，而且生产效率较低；而后一种方法能够解决大规格铸锭的问题，但镍和钛元素密度差别大，直接进行熔炼所产出的铸锭的成分均匀性较差。
目前，关于镍钛形状记忆合金大规格铸锭的熔炼研究较少，大多提出的方法是增大中频感应炉的功率以及容量来实现镍钛形状记忆合金大规格铸锭的生产，但是中频感应熔炼的浇注成品率还是相对较低，而且重量相比于真空自耗电极电弧熔炼较小。因此，必须寻找一种获得成分均匀、单重大、成品率高的熔炼方法，还要使得镍钛合金的碳、氧等杂质含量做到较低的水平，满足医用镍钛材料的苛刻要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，克服了现有技术中1：真空中频熔炼使得镍钛合金浇注后铸锭的尺寸规格较小，成品率较低，而且生产效率较低；2：真空自耗电极电弧熔炼使得镍和钛元素密度差别大，直接进行熔炼所产出的铸锭的成分均匀性较差；3：镍钛合金的碳、氧等杂质含量较高，无法满足医用镍钛合金材料的苛刻要求；4：镍钛合金焊接困难、镍钛密度差别大容易出现偏析和严重影响相变温度的问题等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；
步骤2)将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；
步骤3)将步骤2)中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；
步骤4)将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。
优选的，所述步骤1)中原材料还包括其他添加元素，其中其他添加元素为铬、钴、铜、钒、铝、铁、钼、铌元素中的一种或几种，所述海绵钛为0级海绵钛，所述电解镍为1#电解镍，其中0级海绵钛的重量百分比为43.0wt.％～45.5wt.％，其中1#电解镍的重量百分比为54.5wt.％～57.0wt.％，其他元素的重量百分比为0.1wt.％～6.0wt.％。
优选的，所述步骤2)中铸模的内腔形状为长方体或圆柱体，其中一次铸锭的形状为长方体或圆柱体，所述长方体一次铸锭的尺寸为200×60×1000mm，所述圆柱体一次铸锭的尺寸为φ320×1000mm。
优选的，所述步骤2)中真空中频感应熔炼炉的电压为100v～600v，电流为100a～400a，加热时间为15min～50min；在真空中频感应熔炼炉熔炼过程中，海绵钛和电解镍完全熔化成金属液体后，开始抽真空除气精炼，在电流为50a～250a，电压为50v～300v之间调节供电功率，经25min～50min后，真空保持在2pa以下，倒出坩埚内的金属液，浇注完成后向真空中频感应熔炼炉内充氩气至压力为0.04mpa～0.08mpa，冷却50min～60min后出炉。
优选的，所述步骤2)中的水冷坩埚为水冷铜坩埚，将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，加入脱氧剂，接着保持25min～60min进行精炼。
优选的，所述脱氧剂为工业纯钙颗粒。
优选的，所述步骤3)包括以下步骤：
步骤3-1)将一次铸锭两头进行切割后，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反；
步骤3-2)将多个一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干；
步骤3-3)将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极；
步骤3-4)将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼。
优选的，所述子扣和母扣形状为
优选的，所述步骤4)中二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。
优选的，所述步骤4)中真空自耗电极电弧熔炼炉的电极尺寸为φ320×2180mm，坩埚尺寸为φ360mm，真空度≤3.5×10-2pa，电压为32v，电流为5.0ka～6.0ka。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明熔炼方法避免了镍钛合金直接焊接的问题，可以防止在二次熔炼过程中出现焊点脱落，造成“掉弹”现象；二次熔炼布料中对一次铸锭头和尾进行扣合，对接缝处点焊接后采用真空自耗电极电弧熔炼进行二次熔炼(根据一次锭形状可以选择二次熔炼坩锅为方型或圆型)，在熔炼末尾采用合理的补缩工艺来减少铸锭冒口深度，其中一次熔炼(真空中频感应熔炼炉中熔炼)减少了凝固过程中镍元素的偏析，二次熔炼可以避免二次电极的脱开造成“掉弹”现象，可以做成更大规格的铸锭，并且由于二次熔炼的电弧震动搅拌作用铸锭成分更为均匀，真空再抽气挥发作用降低熔体中碳和氧；
(2)本发明铸锭成分更加均匀、杂质含量更低，碳和氧杂质含量降低，本发明熔炼的不同铸锭的相变点测试表明其铸锭不同位置和铸锭间的相变点偏差可控制在±8℃，铸锭内部更加致密、气孔更少：真空感应熔炼炉得到的铸锭在浇注过程中不可避免地会产生缩孔，当浇注温度过低时，会在钛镍合金铸锭中产生疏松或气孔存在，在后续的加工中，由于疏松和气孔的存在导致钛镍合金铸锭开裂或板材产品表面出现气泡，本发明熔炼的铸锭的孔隙率可达到≤0.4％；
(3)本发明通过真空中频感应炉熔炼+真空自耗电极电弧炉熔炼的制造方法生产镍钛合金铸锭，使用的通用熔炼设备，工业生产实用性很强，并且所产出的铸锭成分均匀性好、成本低、效率高、成品率高，还有方型铸锭方便板材产品的加工，可以节省工序，提高板材加工成品率和降低总成本。
附图说明
图1、本发明切割有子扣和母扣的一次铸锭的结构示意图；
图2、本发明二次电极的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本发明公开了一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；
步骤2)将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；
步骤3)将步骤2)中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；
步骤4)将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。
实施例2
本发明公开了一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；
步骤2)将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；
步骤3)将步骤2)中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；
步骤4)将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。
优选的，所述步骤1)中原材料还包括其他添加元素，其中其他添加元素为铬、钴、铜、钒、铝、铁、钼、铌元素中的一种或几种，所述海绵钛为0级海绵钛，所述电解镍为1#电解镍，其中0级海绵钛的重量百分比为43.0wt.％～45.5wt.％，其中1#电解镍的重量百分比为54.5wt.％～57.0wt.％，其他元素的重量百分比为0.1wt.％～6.0wt.％。
实施例3
本发明公开了一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；
步骤2)将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；
步骤3)将步骤2)中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；
步骤4)将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。
优选的，所述步骤1)中原材料还包括其他添加元素，其中其他添加元素为铬、钴、铜、钒、铝、铁、钼、铌元素中的一种或几种，所述海绵钛为0级海绵钛，所述电解镍为1#电解镍，其中0级海绵钛的重量百分比为43.0wt.％～45.5wt.％，其中1#电解镍的重量百分比为54.5wt.％～57.0wt.％，其他元素的重量百分比为0.1wt.％～6.0wt.％。
优选的，所述步骤2)中铸模的内腔形状为长方体或圆柱体，其中一次铸锭的形状为长方体或圆柱体，所述长方体一次铸锭的尺寸为200×60×1000mm，所述圆柱体一次铸锭的尺寸为φ320×1000mm。
优选的，所述步骤2)中真空中频感应熔炼炉的电压为100v～600v，电流为100a～400a，加热时间为15min～50min；在真空中频感应熔炼炉熔炼过程中，海绵钛和电解镍完全熔化成金属液体后，开始抽真空除气精炼，在电流为50a～250a，电压为50v～300v之间调节供电功率，经25min～50min后，真空保持在2pa以下，倒出坩埚内的金属液，浇注完成后向真空中频感应熔炼炉内充氩气至压力为0.04mpa～0.08mpa，冷却50min～60min后出炉。
优选的，所述步骤2)中的水冷坩埚为水冷铜坩埚，将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，加入脱氧剂，接着保持25min～60min进行精炼。
优选的，所述脱氧剂为工业纯钙颗粒。
实施例4
本发明公开了一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；
步骤2)将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；
步骤3)将步骤2)中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；
步骤4)将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。
优选的，所述步骤1)中原材料还包括其他添加元素，其中其他添加元素为铬、钴、铜、钒、铝、铁、钼、铌元素中的一种或几种，所述海绵钛为0级海绵钛，所述电解镍为1#电解镍，其中0级海绵钛的重量百分比为43.0wt.％～45.5wt.％，其中1#电解镍的重量百分比为54.5wt.％～57.0wt.％，其他元素的重量百分比为0.1wt.％～6.0wt.％。
优选的，所述步骤2)中铸模的内腔形状为长方体或圆柱体，其中一次铸锭的形状为长方体或圆柱体，所述长方体一次铸锭的尺寸为200×60×1000mm，所述圆柱体一次铸锭的尺寸为φ320×1000mm。
优选的，所述步骤2)中真空中频感应熔炼炉的电压为100v～600v，电流为100a～400a，加热时间为15min～50min；在真空中频感应熔炼炉熔炼过程中，海绵钛和电解镍完全熔化成金属液体后，开始抽真空除气精炼，在电流为50a～250a，电压为50v～300v之间调节供电功率，经25min～50min后，真空保持在2pa以下，倒出坩埚内的金属液，浇注完成后向真空中频感应熔炼炉内充氩气至压力为0.04mpa～0.08mpa，冷却50min～60min后出炉。
优选的，所述步骤2)中的水冷坩埚为水冷铜坩埚，将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，加入脱氧剂，接着保持25min～60min进行精炼。
优选的，所述脱氧剂为工业纯钙颗粒。
优选的，所述步骤3)包括以下步骤：
步骤3-1)将一次铸锭两头进行切割后，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反；
步骤3-2)将多个一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干；
步骤3-3)将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极；
步骤3-4)将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼。
优选的，所述子扣和母扣形状为
实施例5
本发明公开了一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：
步骤1)准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；
步骤2)将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；
步骤3)将步骤2)中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；
步骤4)将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。
优选的，所述步骤1)中原材料还包括其他添加元素，其中其他添加元素为铬、钴、铜、钒、铝、铁、钼、铌元素中的一种或几种，所述海绵钛为0级海绵钛，所述电解镍为1#电解镍，其中0级海绵钛的重量百分比为43.0wt.％～45.5wt.％，其中1#电解镍的重量百分比为54.5wt.％～57.0wt.％，其他元素的重量百分比为0.1wt.％～6.0wt.％。
如图1所示，优选的，所述步骤2)中铸模的内腔形状为长方体或圆柱体，其中一次铸锭的形状为长方体或圆柱体，所述长方体一次铸锭的尺寸为200×60×1000mm，所述圆柱体一次铸锭的尺寸为φ320×1000mm。
优选的，所述步骤2)中真空中频感应熔炼炉的电压为100v～600v，电流为100a～400a，加热时间为15min～50min；在真空中频感应熔炼炉熔炼过程中，海绵钛和电解镍完全熔化成金属液体后，开始抽真空除气精炼，在电流为50a～250a，电压为50v～300v之间调节供电功率，经25min～50min后，真空保持在2pa以下，倒出坩埚内的金属液，浇注完成后向真空中频感应熔炼炉内充氩气至压力为0.04mpa～0.08mpa，冷却50min～60min后出炉。
优选的，所述步骤2)中的水冷坩埚为水冷铜坩埚，将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，加入脱氧剂，接着保持25min～60min进行精炼。
优选的，所述脱氧剂为工业纯钙颗粒。
优选的，所述步骤3)包括以下步骤：
步骤3-1)将一次铸锭两头进行切割后，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反；
步骤3-2)将多个一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干；
步骤3-3)将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极，如图2所示；
步骤3-4)将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼。
如图1所示，优选的，所述子扣和母扣形状为
优选的，所述步骤4)中二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。
优选的，所述步骤4)中真空自耗电极电弧熔炼炉的电极尺寸为φ320×2180mm，坩埚尺寸为φ360mm，真空度≤3.5×10-2pa，电压为32v，电流为5.0ka～6.0ka。
应用实施例1
称取1#电解镍56kg，0级海绵钛44kg，分别称取三组，将每一组全部装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，经过抽空(压强小于0.1pa)后，采用通电加热，将原料加热到1500℃使其全部熔化，加入工业纯钙颗粒，并保持30min精炼，随后浇注到圆型铸模中，冷却后取出一次铸锭，将三个一次铸锭两头进行切割，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反，将三组一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干，将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极，然后，将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，最后冒口部分采用常规钛合金熔炼的补缩工艺，当二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。
熔炼完成后，在铸锭上中下部进行成分取样检测，检测结果如表1：
表1：应用实施例1铸锭上中下部成分取样检测结果
如表1所示，本发明铸锭中包含杂质较少，现有的常规方法得到的铸锭杂质较多，本申请ni元素的含量在55.97wt.％～56.01wt.％之间，差距很小，成分比较均匀，现有的常规方法得到的铸锭ni元素的含量在55.7wt.％～56.3wt.％之间，偏差很大。本发明铸锭由三组一次铸锭扣合焊接而成，单重大，本发明铸锭相变温度在-13℃～-9℃之间，偏差很小，现有的常规方法得到的铸锭的相变温度在-10±10℃，偏差很大，关键杂质元素c的含量0.007％～0.009％，o元素的含量0.032％～0.034％，比常规方法更纯净，并且本发明铸锭的孔隙率≤0.3％，低于常规方法，成品率高，从而减少镍钛合金在熔炼过程的损耗以及成品冒口的比例，并且经过二次熔炼的电磁搅拌提纯，镍钛合金铸锭达到低杂质状态。应用实施例2
称取1#电解镍55kg，0级海绵钛45kg，分别称取三组，将每一组全部装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，经过抽空(压强小于0.1pa)后，采用通电加热，将原料加热到1700℃使其全部熔化，加入工业纯钙颗粒，并保持60min精炼，随后浇注到圆型铸模中，冷却后取出一次铸锭，将三个一次铸锭两头进行切割，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反，将三组一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干，将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极，然后，将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，最后冒口部分采用常规钛合金熔炼的补缩工艺，当二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。
熔炼完成后，在铸锭上中下部进行成分取样检测，检测结果如表2：
表2：应用实施例2铸锭上中下部成分取样检测结果
如表1所示，本发明铸锭中包含杂质较少，现有的常规方法得到的铸锭杂质较多，本申请ni元素的含量在54.98wt.％～55.01wt.％之间，差距很小，成分比较均匀，现有的常规方法得到的铸锭ni元素的含量在54.7wt.％～54.3wt.％之间，偏差很大。本发明铸锭由三组一次铸锭扣合焊接而成，单重大，本发明铸锭相变温度在82℃～86℃之间，偏差很小，现有的常规方法得到的铸锭的相变温度在85±10℃，偏差很大，关键杂质元素c的含量0.006％～0.008％，o元素的含量0.030％～0.033％，比常规方法更纯净，并且本发明铸锭的孔隙率≤0.3％，低于常规方法，成品率高，从而减少镍钛合金在熔炼过程的损耗以及成品冒口的比例，并且经过二次熔炼的电磁搅拌提纯，镍钛合金铸锭达到低杂质状态。应用实施例3
称取1#电解镍55.5kg，0级海绵钛44.2kg，电解铬0.3kg，分别称取三组，将每一组全部装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，经过抽空(压强小于0.1pa)后，采用通电加热，将原料加热到1250℃使其全部熔化，加入工业纯钙颗粒，并保持30min精炼，随后浇注到圆型铸模中，冷却后取出一次铸锭，将三个一次铸锭两头进行切割，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反，将三组一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干，将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极，然后，将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，最后冒口部分采用常规钛合金熔炼的补缩工艺，当二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。
熔炼完成后，在铸锭上中下部进行成分取样检测，检测结果如表3：
表3：应用实施例3铸锭上中下部成分取样检测结果
如表3所示，本发明铸锭中包含杂质较少，现有的常规方法得到的铸锭杂质较多，本申请ni元素的含量在55.48wt.％～55.53wt.％之间，cr元素的含量在0.30wt.％～0.31wt.％之间，差距很小，成分比较均匀，现有的常规方法得到的铸锭ni元素的含量在55.2wt.％～55.8wt.％之间，cr元素的含量在0.25wt.％～0.35wt.％之间，偏差很大。本发明铸锭由三组一次铸锭扣合焊接而成，单重大，本发明铸锭相变温度在-23℃～-19℃之间，偏差很小，现有的常规方法得到的铸锭的相变温度在-20±10℃，偏差很大，关键杂质含量0.067％～0.072％，比常规方法更纯净，并且本发明铸锭的孔隙率≤0.4％，低于常规方法，成品率高，从而减少镍钛合金在熔炼过程的损耗以及成品冒口的比例，并且经过二次熔炼的电磁搅拌提纯，镍钛合金铸锭达到低杂质状态。
应用实施例4
称取1#电解镍49.5kg，0级海绵钛44.5kg，电解铜分别为6kg，分别称取三组，将每一组全部装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，经过抽空(压强小于0.1pa)后，采用通电加热，将原料加热到1300℃使其全部熔化，加入工业纯钙颗粒，并保持40min精炼，随后浇注到圆型铸模中，冷却后取出一次铸锭，将三个一次铸锭两头进行切割，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反，将三组一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干，将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极，然后，将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，最后冒口部分采用常规钛合金熔炼的补缩工艺，当二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。
熔炼完成后，在铸锭上中下部进行成分取样检测，检测结果如表4：
表4：应用实施例4铸锭上中下部成分取样检测结果
如表4所示，本发明铸锭中包含杂质较少，现有的常规方法得到的铸锭杂质较多，本申请ni元素的含量在49.32wt.％～49.41wt.％之间，cu元素的含量在5.87wt.％～5.99wt.％之间，差距很小，成分比较均匀，现有的常规方法得到的铸锭ni元素的含量在49.2wt.％～49.8wt.％之间，cu元素的含量在5.5wt.％～6.2wt.％之间，偏差很大。本发明铸锭由三组一次铸锭扣合焊接而成，单重大，本发明铸锭相变温度在64℃～66℃之间，偏差很小，现有的常规方法得到的铸锭的相变温度在65±10℃，偏差很大，关键杂质含量0.080％～0.092％，比常规方法更纯净，并且本发明铸锭的孔隙率≤0.5％，低于常规方法，成品率高，从而减少镍钛合金在熔炼过程的损耗以及成品冒口的比例，并且经过二次熔炼的电磁搅拌提纯，镍钛合金铸锭达到低杂质状态。
应用实施例5
称取1#电解镍55.8kg，0级海绵钛43.6kg，铝钒85合金为0.6kg，分别称取三组，将每一组全部装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，经过抽空(压强小于0.1pa)后，采用通电加热，将原料加热到1500℃使其全部熔化，加入工业纯钙颗粒，并保持50min精炼，随后浇注到圆型铸模中，冷却后取出一次铸锭，将三个一次铸锭两头进行切割，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反，将三组一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干，将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极，然后，将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，最后冒口部分采用常规钛合金熔炼的补缩工艺，当二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。
熔炼完成后，在铸锭上中下部进行成分取样检测，检测结果如表5：
表5：应用实施例5铸锭上中下部成分取样检测结果
如表5所示，本发明铸锭中包含杂质较少，现有的常规方法得到的铸锭杂质较多，本申请ni元素的含量在55.78wt.％～55.83wt.％之间，v+al元素的含量在0.57wt.％～0.60wt.％之间，差距很小，成分比较均匀，现有的常规方法得到的铸锭ni元素的含量在55.5wt.％～56.1wt.％之间，v+al元素的含量在0.5wt.％～0.7wt.％之间，偏差很大。本发明铸锭由三组一次铸锭扣合焊接而成，单重大，本发明铸锭相变温度在-15℃～-12℃之间，偏差很小，现有的常规方法得到的铸锭的相变温度在-15±10℃，偏差很大，关键杂质含量0.069％～0.077％，比常规方法更纯净，并且本发明铸锭的孔隙率≤0.4％，低于常规方法，成品率高，从而减少镍钛合金在熔炼过程的损耗以及成品冒口的比例，并且经过二次熔炼的电磁搅拌提纯，镍钛合金铸锭达到低杂质状态。
本发明真空中频感应熔炼+真空自耗电弧熔炼制备低间隙匀质钛镍形状记忆合金大规格铸锭是一种集成创新技术，充分利用了不同熔炼方法和设备的优点，规避了不同熔炼方法中的缺点。采用该技术实现低间隙匀质钛镍合金大规格铸锭的熔炼不仅仅是钛镍合金铸锭规格上量的简单叠加，其提高了低间隙元素含量钛镍合金铸锭的成分均匀性，提高了铸锭的成品率，减小了铸锭由于微气孔引起的孔隙率。因此，对于低间隙匀质钛镍合金大规格铸锭而言，新技术更是一种本质的飞跃。
(1)采用该技术与传统的钛镍合金熔炼方法相比优势明显。
a、与真空中频感应熔炼相比：该技术能够解决钛镍铸锭规格小、成品率低、生产效率低等问题。
b、与真空自耗电极熔炼相比：真空自耗电极熔炼是将海绵钛与电解镍原料充分混合成电极后，利用电极的自耗作用进行熔炼，有利于熔炼较大规格的钛镍合金铸锭，但钛和镍的密度偏差大，成分均匀性差。该技术比真空自耗电极熔炼得到的铸锭的成分更加均匀。
c、与真空自耗电极熔炼+真空感应熔炼工艺相比：该技术无需提高真空感应熔炼炉的功率即能制备大规格且成分均匀的钛镍合金铸锭，成本低。
(2)采用该技术生产的大规格钛镍合金铸锭与传统方法制备的铸锭相比质量优势明显。
a、铸锭成分更加均匀、杂质含量更低：c和o杂质含量降低，该技术熔炼的不同铸锭的相变点测试表明其铸锭不同位置和铸锭间的相变点偏差可控制在±8℃。
b、铸锭内部更加致密、气孔更少：真空感应熔炼得到的铸锭在浇注过程中不可避免地会产生缩孔，当浇注温度过低时，会在钛镍合金铸锭中产生疏松或气孔存在，在后续的加工中，由于疏松和气孔的存在导致钛镍合金铸锭开裂或板材产品表面出现气泡，该技术熔炼的铸锭的孔隙率可达到≤0.4％。
本发明熔炼方法避免了镍钛合金直接焊接的问题，可以防止在二次熔炼过程中出现焊点脱落，造成“掉弹”现象；二次熔炼布料中对一次铸锭头和尾进行扣合，对接缝处点焊接后采用真空自耗电极电弧熔炼进行二次熔炼(根据一次锭形状可以选择二次熔炼坩锅为方型或圆型)，在熔炼末尾采用合理的补缩工艺来减少铸锭冒口深度，其中一次熔炼(真空中频感应熔炼炉中熔炼)减少了凝固过程中镍元素的偏析，二次熔炼可以避免二次电极的脱开造成“掉弹”现象，可以做成更大规格的铸锭，并且由于二次熔炼的电弧震动搅拌作用铸锭成分更为均匀，真空再抽气挥发作用降低熔体中碳和氧。
本发明铸锭成分更加均匀、杂质含量更低，碳和氧杂质含量降低，本发明熔炼的不同铸锭的相变点测试表明其铸锭不同位置和铸锭间的相变点偏差可控制在±8℃，铸锭内部更加致密、气孔更少：真空感应熔炼炉得到的铸锭在浇注过程中不可避免地会产生缩孔，当浇注温度过低时，会在钛镍合金铸锭中产生疏松或气孔存在，在后续的加工中，由于疏松和气孔的存在导致钛镍合金铸锭开裂或板材产品表面出现气泡，本发明熔炼的铸锭的孔隙率可达到≤0.4％。
本发明通过真空中频感应炉熔炼+真空自耗电极电弧炉熔炼的制造方法生产镍钛合金铸锭，使用的通用熔炼设备，工业生产实用性很强，并且所产出的铸锭成分均匀性好、成本低、效率高、成品率高，还有方型铸锭方便板材产品的加工，可以节省工序，提高板材加工成品率和降低总成本。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
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