专利名称：直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法
技术领域：
本发明为直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法，利用该方法制作直接添加高熔点金属的自耗电极并选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
背景技术：
钛及钛合金具有高强度、高比强度、优良的耐腐蚀性和生物相容性等性能，已经在国民经济和社会生活的许多领域广泛应用。我国常规钛合金真空熔炼技术经过几十年的摸索改进，生产工艺路线稳定、工艺方法成熟，在工业化熔炼含有高熔点元素的钛合金方面，目前主要有两种方法第一采用直接添加高熔点金属的电子束冷床炉熔炼，该熔炼方法成品率高、成分均匀，但存在设备投入大、能耗大、成本高、操作复杂、铸锭重量受限等缺点，对于直接熔炼高熔点金属多采用此方法。第二采用添加含有高熔点元素的中间合金进行真空自耗电弧熔炼，该熔炼方法操作简单、成分均匀，但也存在操作复杂、成品率低、成本高，并且需提前熔炼制作包含高熔点元素的中间合金，中间合金被加工成车屑或块样后才能添加使用，还受高熔点元素与其他活泼元素能否有效熔炼结合的限制，从而增加生产工序、生产成本、材料损耗等缺点。
本发明“直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法”，是在钛合金真空自耗电弧熔炼用电极常规制备的基础上，由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
发明内容
发明直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法目的是提供一种不进行额外的中间合金制作而一次完成直接添加高熔点金属进行真空自耗熔炼用电极的制备，从而减少生产成本、生产工序，降低能耗，提高成品率，通过熔炼工艺的优选最终能够获得优质铸锭。
发明直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法是在钛合金真空自耗电弧熔炼用电极常规制备的基础上，由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
发明直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法是选择具有一定设计规格的高熔点金属方棒或圆棒，成为后续与电极块拼焊的芯棒。电极块压制用模具被特殊制作，使得压出的电极块一表面具有一定凹槽，在两电极块对合焊接后，留有容纳高熔点金属芯棒的孔腔，高熔点金属芯棒与所需节数电极块拼接后成为能够进行熔炼的电极。
发明直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法是每根电极所用高熔点金属芯棒必须是完整一根，如果由几根不等长高熔点金属芯棒组成，则必须进行组焊而成整根，以防止熔炼过程“掉蛋”。电极块由海绵钛与其他所需金属分层排布，由油压机压制而成，电极块凹槽与高熔点金属芯棒尺寸设计合适，使得拼焊后高熔点金属芯棒与电极块凹槽结合紧凑。
发明直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法是高熔点金属为W、Mo、Nb、Ta等温度超过2000℃的金属或其合金，电极块由海绵钛与其他所需中、低熔点金属压制而成，直接添加高熔点金属与电极块组成电极，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺进行三次或四次熔炼，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
附图1、2是直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极不同规格截面图具体实施方式
选择具有一定设计规格的高熔点金属方棒或圆棒，成为后续与电极块拼焊的芯棒。电极块压制用模具被特殊制作，压出电极块一表面具有一定凹槽，在两电极块对合焊接后，留有容纳高熔点金属芯棒的孔腔，高熔点金属芯棒与几节电极块拼接后成为能够进行熔炼的电极。
实施例1采用1级海绵钛、铝豆以及Φ35×2800mm的Nb光圆棒为原料，按名义成分Ti-45Al-10Nb(重量百分比wt％)进行配比制作电极，电极块由海绵钛和铝豆经分层排布后压制，电极块尺寸300×130×90mm，一表面凹槽为Φ35mm的半圆电极块组焊成单排8节2800mm长，然后在凹槽内嵌入Nb圆棒，两端头段与电极块进行多点焊接，然后分别对应覆盖电极块并焊接而成整根电极(见附图1)，整根电极芯棒与电极块结合紧凑、单重100Kg，符合一次锭所需Φ280mm水冷铜坩埚对电极的尺寸要求，后续选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺熔炼二次Φ360mm铸锭、三次Φ440mm铸锭，铸锭经X射线照相及宏观低倍组织和后续成品高倍组织分析未发现Nb夹杂及高铝偏析，化学成分能谱分析成分均匀、符合标准要求，最终可以确定获得达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质Ti-45Al-10Nb铸锭。
实施例2采用1级海绵钛、工业级海绵锆以及Φ35×2800mm的Nb光圆棒为原料，按名义成分Ti-13Nb-13Zr(重量百分比wt％)进行配比制作电极，电极块由海绵钛和海绵锆经分层排布后压制，电极块尺寸300×130×65mm，一表面凹槽为Φ35mm的半圆，电极块组焊成单排8节2800mm长，然后在凹槽内嵌入Nb圆棒，两端头段与电极块进行多点焊接，然后分别对应覆盖电极块并焊接而成整根电极(见附图1)，整根电极芯棒与电极块结合紧凑、单重160Kg，符合一次锭所需Φ220mm水冷铜坩埚对电极的尺寸要求，后续选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺熔炼二次Φ280mm铸锭、三次Φ360mm铸锭，铸锭经X射线照相及宏观低倍组织和后续成品高倍组织分析未发现Nb夹杂，化学成分能谱分析成分均匀、符合标准要求，最终可以确定获得达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质Ti-13Nb-13Zr铸锭。
实施例3采用1级海绵钛、铝豆以及Φ35×2800mm的Nb光圆棒为原料，按名义成分Ti-6Al-7Nb(重量百分比wt％)进行配比制作电极，电极块由海绵钛和铝豆经分层排布后压制，大电极块尺寸300×130×80mm，一表面凹槽为Φ13mm的半圆，一表面凹槽为Φ35mm的半圆，小电极块尺寸300×130×40mm，电极块组焊成单排8节2800mm长，然后在凹槽内嵌入Nb圆棒，两端头段与电极块进行多点焊接，然后分别对应覆盖电极块并焊接而成整根电极(见附图2)，整根电极芯棒与电极块结合紧凑、单重135Kg，符合一次锭所需Φ280mm水冷铜坩埚对电极的尺寸要求，后续选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺熔炼二次Φ360mm铸锭、三次Φ440mm铸锭，铸锭经X射线照相及宏观低倍组织和后续成品高倍组织分析未发现Nb夹杂，化学成分能谱分析成分均匀、符合标准要求，最终可以确定获得达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质Ti-6Al-7Nb铸锭。
权利要求
1.直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法，其特征在于在钛合金真空自耗电弧熔炼用电极常规制备的基础上，由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
2.根据权利要求1所述的直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法，其特征在于选择具有一定设计规格的高熔点金属方棒或圆棒，成为后续与电极块拼焊的芯棒。电极块压制用模具被特殊制作，使得压出的电极块一表面具有一定凹槽，在两电极块对合焊接后，留有容纳高熔点金属芯棒的孔腔，高熔点金属芯棒与所需节数电极块拼接后成为能够进行熔炼的电极。
3.根据权利要求1所述的直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法，其特征在于每根电极所用高熔点金属芯棒必须是完整一根，如果由几根不等长高熔点金属芯棒组成，则必须进行组焊而成整根，以防止熔炼过程“掉蛋”。电极块由海绵钛与其他所需金属分层排布，由油压机压制而成，电极块凹槽与高熔点金属芯棒尺寸设计合适，使得拼焊后高熔点金属芯棒与电极块凹槽结合紧凑。
4.根据权利要求1所述的直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法，其特征在于高熔点金属为W、Mo、Nb、Ta等温度超过2000℃的纯金属或其合金，电极块由海绵钛与配比所需中、低熔点金属压制而成，直接添加高熔点金属与电极块组成电极，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺进行三次或四次熔炼，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
全文摘要
本发明是在钛合金真空自耗电弧熔炼用电极常规制备的基础上，由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
文档编号B22D21/00GK101033512SQ20061004189
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月7日 优先权日2006年3月7日
发明者牛中杰, 杨冠军, 曹继敏, 王廷询, 杨华斌, 杨宏进, 高维娜 申请人:西安赛特金属材料开发有限公司