一种制备大规格Ti-1023合金铸锭的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备大规格Ti?1023合金铸锭的方法，选取0级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金混合压制成电极块；并将电极块焊接为自耗电极，然后对电极依次经两次电流控制熔炼和一次熔滴控制方式熔炼，制备得到大规格Ti?1023合金铸锭。本发明采用了电弧熔熔滴控制技术，减少了Fe元素的偏析。通过控制熔滴数量，制备了大规格Ti?1023合金铸锭，经分析检测表明该工艺制备铸锭成分非常均匀，有效的抑制了合金中Fe的富集，采用该大规格Ti?1023合金铸锭锻造的规格为Φ550mm棒材高低倍组织检测表明：Ti?1023合金棒材中无β斑点、且合金棒材探伤和性能均达到宇航技术标准要求。
【专利说明】
一种制备大规格T 1-1023合金铸锭的方法
技术领域
[0001]本发明属于钛合金加工技术领域，具体涉及一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法。
【背景技术】
[0002]T1-10V-2Fe-3Al(T1-1023)由于具有高强度、高断裂韧度、高淬透性等优良性能而被广泛用于生产飞机起落架等大尺寸关键承力构件。但在真空自耗电弧熔炼技术生产T1-1023 合金铸锭的过程中 ，由于添加 β 稳定元素的铁含量高 ，在熔炼时很容易形成铁偏析 ，在铁偏析区域，因β转变温度下降而形成一种不含α相或α相稀少的区域，即所谓的β斑。这种β斑严重降低钛构件的塑性和低周疲劳性能。目前学者一致认为，最有效减少β斑的方法就是提高T1-1023合金铸锭中Fe的成分均匀性。传统提高Fe成分均匀性方法为:1.减少β稳定元素的铁含量；Π.降低熔炼速度，减少熔池深度；m.缩小铸锭的尺寸。但随着大型飞机工程用钛量的不断增加，飞机用钛合金锻件的尺寸和重量日益增加，铸锭规格也相应增大，T1-1023 合金偏析加剧 ，采用上述传统熔炼方法无法制备 Fe 成分均匀的大规格 T1-1023 合金铸锭。因此，对于制备成分均匀Ti 1023合金铸锭就成为材料领域中的一个技术瓶颈。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，用以制备Fe成分均匀的大规格T1-1023合金铸锭。
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，具体包括以下步骤:
[0005]步骤I，压制电极块:
[0006]选取O级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金混合均匀，压制成电极块；
[0007]步骤2，焊接电极:
[0008]将步骤I压制得到的电极块在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极；
[0009]步骤3，铸锭熔炼:
[0010]将步骤2得到的电极置于真空自耗电弧炉中，依次经两次电流控制熔炼和一次熔滴数量控制的方式进行熔炼，即得到大规格T1-1023合金铸锭。
[0011]本发明的特点还在于，
[0012]步骤I中各原料的的合金的重量百分比配比为T1-10V-2Fe_3Al。
[0013]第一次电流控制熔炼的参数为:漏气率控制在0.12Pa/min以下，恪炼电流为4.0kA?12kA，稳弧电流为直流1.0?1A，熔炼电压为28?36V，熔炼后冷却时间彡2小时。
[0014]第二次电流控制熔炼的参数为:漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为6.0kA?15kA，稳弧电流为交流2.0?1A，熔炼电压为32?37V，熔炼后冷却时间彡2.5小时。
[0015]第三次熔滴数量控制熔炼的参数为:漏气率控制在0.10Pa/min以下，熔炼速度为5.0?20kg/min，稳弧电流为交流3.0?15A，熔滴数量为6?18(Ι/s)，熔炼后冷却时间彡3小时。
[0016]每次熔炼所采用的坩祸规格逐渐增大。
[0017]每次熔炼后将铸锭进行平头处理，然后掉头，进行下一次熔炼。
[0018]本发明的有益效果是，一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，采用了电弧熔炼熔滴控制技术，减少了 Fe元素的偏析。通过控制熔滴数量，制备了大规格T1-1023合金铸锭，经分析检测表明该工艺制备铸锭成分非常均匀，有效的抑制了合金中Fe的富集，采用该大规格T1-1023合金铸锭锻造的规格为Φ 550mm棒材高低倍组织检测表明:T1-1023合金棒材中无β斑点、且合金棒材探伤和力学性能均达到宇航技术标准要求。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0020]本发明一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，具体包括以下步骤:
[0021]步骤I，压制电极块
[0022]按照合金的配比为T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，选用O级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金进行电极块压制，压制之前对海绵钛和中间合金进行挑料，确保原料质量，将挑好的原料混合均匀后在油压机上压制成电极块。
[0023]步骤2，焊接电极
[0024]将压制好的电极块组合成电极，然后在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极。
[0025]步骤3，铸锭一次熔炼
[0026]将步骤得到的电极置于真空自耗电弧炉中，进行第一次熔炼，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为4.01^?121^，稳弧电流为直流1.0?1(^，熔炼电压为28?36V，熔炼后冷却时间彡2小时。
[0027]步骤4，铸锭二次熔炼
[0028]将经步骤3—次熔炼的铸锭倒头进行二次熔炼，在熔炼过程中漏气率控制在
0.12Pa/min以下，熔炼电流为6.01^?151^，稳弧电流为交流2.0?1(^，熔炼电压为32?37V，熔炼后冷却时间彡2.5小时。
[0029]步骤5，铸锭三次熔滴数量控制熔炼
[0030]将经步骤4二次熔炼的铸锭倒头进行第三次熔炼，在熔炼过程中漏气率控制在
0.10Pa/min以下，熔炼速度为5.0?20kg/min，稳弧电流为交流3.0?15A，熔滴数量为6?18(Ι/s)，熔炼后冷却时间多3小时，熔炼完成后在车床上做平头处理，即得到大规格T1-1023合金铸锭;溶滴数量6?18 (I /s)的单位为I /s，表示每秒的溶滴数量为6?18滴。
[0031]T 1-10 2 3合金中由于Fe组元的分布系数k值较小，极易产生Fe的宏观偏析，而控制Fe的宏观偏析主要通过制定合适的熔炼工艺参数。
[0032]本发明采用了电弧熔炼熔滴控制技术，减少了Fe元素的偏析。通过控制熔滴数量，制备了大规格T1-1023合金铸锭，经分析检测表明该工艺制备铸锭成分非常均匀，有效的抑制了合金中Fe的富集，采用该大规格T1-1023合金铸锭锻造的规格为Φ 550mm棒材高低倍组织检测表明:T1-1023合金棒材中无β斑点、且合金棒材探伤和性能均达到宇航技术标准要求。
[0033]实施例1
[0034]步骤I，压制电极块
[0035]按照合金的配比为T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，选用O级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金进行电极块压制，压制之前对海绵钛和中间合金进行挑料，确保原料质量，将挑好的原料混合均匀后在油压机上压制成332 X 300 X 150mm尺寸的电极块。
[0036]步骤2，焊接电极
[0037]将压制好的电极块组合成为Φ360Χ4200πιπι的电极，然后在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极。
[0038]步骤3，Φ440mm规格铸锭一次电流控制熔炼
[0039]一次熔炼采用Φ440πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为8?12kA，稳弧电流为直流3?10A，熔炼电压为34?36V，熔炼后冷却3小时，熔炼完成后在车床上做平头处理；
[0040]步骤4，Φ 560mm规格铸锭二次电流控制熔炼
[0041]将一次熔炼后的铸锭掉头进行二次熔炼，采用Φ560πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为10?15kA，稳弧电流为交流3?12A，熔炼电压为34?37V，熔炼后冷却3.5小时，熔炼完成后在车床上做平头处理；
[0042]步骤5，Φ 640mm规格铸锭三次熔滴控制熔炼
[0043]将二次熔炼后的铸锭掉头进行三次熔炼，采用Φ640πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.10Pa/min以下，熔炼速度为10?20kg/min，稳弧电流为交流5?15Α，熔滴数量为1?18 (I /s)，熔炼后冷却时间4.5小时。
[0044]采用上述步骤制备的规格为Φ 640mm的3吨级T1-1023合金铸锭锻造为Φ 550mm规格棒材，经相变点以下25°C进行固溶时效热处理检验，棒材高低倍组织满足AMS 4986B宇航技术规范标准要求。
[0045]测试合金棒材的力学性能0匕=11801^?、00.2= 11391^?^=13.0%、2 = 60%、1(1〇=64.21^?1111/2，满足厶1549868标准要求的013彡11031^?、00.2彡10001^?^彡6%、2彡10%、KIC彡60.0Mpaml/2o
[0046]实施例2
[0047]步骤I，电极块压制
[0048]按照合金的配比为T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，选用O级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金进行电极块压制，压制之前对海绵钛和中间合金进行挑料，确保原料质量，将挑好的原料混合均匀后在油压机上压制成电极块。
[0049]步骤2，焊接电极
[0050]将压制好的电极块组合成电极，然后在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极。
[0051 ]步骤3，Φ 360mm规格铸锭一次电流控制熔炼
[0052]一次熔炼采用Φ360πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为6?10kA，稳弧电流为直流2?8A，熔炼电压为32?36V，熔炼后冷却时间2.5小时，熔炼完成后在车床上做平头处理；
[0053]步骤4: Φ440mm规格铸锭二次电流控制熔炼
[0054]将一次熔炼过程中需平头处理的铸锭掉头组焊，采用Φ440πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，恪炼电流为10?15kA，稳弧电流为交流3?10Α，熔炼电压为34?37V，熔炼后冷却时间3.5小时。
[0055]步骤5: Φ 560mm规格铸锭三次熔滴控制熔炼
[0056]将二次熔炼过程中需平头处理的铸锭掉头组焊，采用Φ560πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.10Pa/min以下，恪炼速度为8?17kg/min，稳弧电流为交流12?15Α，熔滴数量为8?15 (I /s)，熔炼后冷却时间4.0小时。
[0057]实施例3
[0058]步骤I，压制电极块
[0059]按照合金的配比为T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，选用O级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金进行电极块压制，压制之前对海绵钛和中间合金进行挑料，确保原料质量，将挑好的原料混合均匀后在油压机上压制成电极块。
[0060]步骤2，焊接电极
[0061]将压制好的电极块组合成电极，然后在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极。
[0062]步骤3，Φ280mm规格铸锭一次电流控制熔炼
[0063]一次熔炼采用Φ280πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为4?8kA，稳弧电流为直流I?6A，熔炼电压为28?32V，熔炼后冷却2小时，熔炼完成后在车床上做平头处理；
[0064]步骤4，Φ360mm规格铸锭二次电流控制熔炼
[0065]将一次熔炼后的铸锭掉头进行二次熔炼，采用Φ360πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为6?10kA，稳弧电流为交流2?8Α，熔炼电压为32?36V，熔炼后冷却2.5小时，熔炼完成后在车床上做平头处理；
[0066]步骤5，Φ 440mm规格铸锭三次熔滴控制熔炼
[0067]将二次熔炼后的铸锭掉头进行三次熔炼，采用Φ440πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.10Pa/min以下，熔炼速度为5?10kg/min，稳弧电流为交流3?10Α，熔滴数量为6?12 (I /s)，熔炼后冷却时间3.5小时。
[0068]实施例4
[0069]步骤I，压制电极块
[0070]按照合金的配比为T1-10V-2Fe-3Al(Wt%)，选用O级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金进行电极块压制，压制之前对海绵钛和中间合金进行挑料，确保原料质量，将挑好的原料混合均匀后在油压机上压制成电极块。
[0071]步骤2，焊接电极
[0072]将压制好的电极块组合成电极，然后在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极。
[0073]步骤3，Φ360mm规格铸锭一次电流控制熔炼
[0074]一次熔炼采用Φ 360mm的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为6?10kA，稳弧电流为直流2?8A，熔炼电压为32?36V，熔炼后冷却时间2.5小时，熔炼完成后在车床上做平头处理；
[0075]步骤4: Φ440mm规格铸锭二次电流控制熔炼
[0076]将一次熔炼过程中需平头处理的铸锭掉头组焊，采用Φ440πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.12Pa/min以下，恪炼电流为10?15kA，稳弧电流为交流3?10Α，熔炼电压为34?37V，熔炼后冷却时间3.5小时。
[0077]步骤5: Φ 520mm规格铸锭三次熔滴控制熔炼
[0078]将二次熔炼过程中需平头处理的铸锭掉头组焊，采用Φ560πιπι的坩祸，在熔炼过程中漏气率控制在0.10Pa/min以下，恪炼速度为6?15kg/min，稳弧电流为交流5?10Α，熔滴数量为6?12(Ι/s)，熔炼后冷却时间4.0小时。
[0079]制备的小规格合金棒材的力学性能补=12081^^、00.2 = 12091^^^=18.0%、2 =62%、KIC = 67.2Mpaml/2，满足AMS4986B标准要求的ob彡 1103Mpa、o0.2彡 1000Mpa、A彡6%、Z 彡 10%、KIC>60.0Mpaml/2o
【主权项】
1.一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤I，压制电极块: 选取O级海绵钛、VAlFe和AlV中间合金混合均匀，压制成电极块； 步骤2，焊接电极: 将步骤I压制得到的电极块在氩气保护的等离子焊箱中焊接成熔炼用自耗电极； 步骤3，铸锭熔炼: 将步骤2得到的电极置于真空自耗电弧炉中，经两次电流控制熔炼和一次溶滴数量控制熔炼的方式进行熔炼，即得到大规格T 1-1023合金铸锭。2.根据权利要求1所述的一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，其特征在于，所述步骤I中各原料的合金的重量百分比配比为T1-10V-2Fe-3Al。3.根据权利要求1所述的一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，其特征在于，所述第一次电流控制熔炼的参数为:漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为4.0kA?12kA，稳弧电流为直流1.0?1A，熔炼电压为28?36V，熔炼后冷却时间多2小时。4.根据权利要求1所述的一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，其特征在于，所述第二次电流控制熔炼的参数为:漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼电流为6.0kA?15kA，稳弧电流为交流2.0?1A，熔炼电压为32?37V，熔炼后冷却时间多2.5小时。5.根据权利要求1所述的一种制备大规格T1-1023合金铸锭的方法，其特征在于熔滴控制熔炼，其参数为:漏气率控制在0.12Pa/min以下，熔炼速度为5.0?20kg/min，稳弧电流为交流5.0?15A，熔滴数量为6.0?18 (I /s)，熔炼后冷却时间彡3小时。6.根据权利要求1所述的一种制备大规格Til023合金铸锭的方法，其特征在于，所述每次熔炼所采用的坩祸规格逐渐增大。7.根据权利要求1所述的一种制备大规格Til023合金铸锭的方法，其特征在于，所述每次熔炼后将铸锭进行平头处理，然后掉头，进行下一次熔炼。
【文档编号】C22C14/00GK105925841SQ201610362522
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】何永胜, 罗文忠, 王涛, 王凯旋, 何涛, 刘向宏
【申请人】西部超导材料科技股份有限公司