一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法与流程

本发明属于钛材加工技术领域，具体涉及一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法。

背景技术：

TC26(Ti-13Nb-13Zr)是一种新型的医用钛合金，属于Ti-Nb-Zr系，均选用无毒害的生物金属元素，具有良好的应用前景。

钛合金的熔炼方法通常采用真空自耗重熔法，自耗电极的制备方法是决定铸锭品质的关键因素。TC26熔炼的原材料包括海绵钛、海绵锆，铌的加入则有不同的选择。一般有两种方法：直接用铌条或铌棒，或者采用中间合金NbTi合金的车屑。合金中Nb％较高的情况下，如选用中间合金车屑，需要车屑的体积会很大，压制电极时可能会出现压不实，松散的现象。同时，车屑加工中可能混入异物，包括其它金属或杂质，也是钛合金熔炼要尽量避免的。因此，对于含有13％Nb元素的TC26合金，原材料应选择高纯Nb单质的方式加入。

生产实际中，常规供应的Nb条为两种规格(可定制其它规格)：13×13×300mm，单重约0.5Kg；17×17×450mm，单重约1.0Kg。Nb的密度为8.57×10³Kg/m³，远大于Ti的密度。自耗熔炼时，两者若结合不良，Nb条极有可能滑脱先掉入熔池中。Nb％较高的情况下，需要加入多支Nb条，简单的添加压制或焊接，都有可能使Nb条与合金混合料的结合强度不够，在熔炼过程中发生掉块，造成成分偏析的不良后果。因此，现有技术制备Nb含量较高的钛合金时不赞成直接用Nb条，常采用不同规格的Nb棒。但Nb棒属于加工材，是由Nb条经过重熔、热加工、机加等工艺过程得到的，其成本将大大增加。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法，采用高纯Nb条的添加方式，降低生产成本，有利于铸锭均匀性的提高。

本发明采用以下技术方案：一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、以0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆、Nb条为原料，按照TC26钛合金的名义成分进行配料、称料；

步骤2、采用肩凸型压料模具，取1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制，得到带有凹槽的1/2电极块；

步骤3、采用肩凸型压料模具，取剩余的1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制，得到另外的带有凹槽的1/2电极块；

步骤4、将步骤1中准备好的Nb条分别焊接到带有凹槽的1/2电极块的凹槽中，将两个带有Nb条的1/2电极块拼焊为自耗电极块；

步骤5、重复执行步骤1-步骤4，获得多个自耗电极块，将多个自耗电极块焊接为一个TC26钛合金熔炼用自耗电极。

进一步地，肩凸型压料模具包括与冲压头形状吻合的模具块，模具块与配料的接触面间隔设置有两个条形突起部。

进一步地，每个突起部的高和宽均为20mm。

进一步地，0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆的颗粒大小为Φ3-12.7mm；Nb条尺寸大小为16×16×300mm，且其不直度≤1mm/m。

进一步地，压制过程均采用2000T液压机。

本发明的有益效果是：本发明通过一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法，采用条状高纯Nb做原料，相比选用不同规格棒状Nb棒做原料，并在电极块的表面设有凹槽，通过将条状Nb嵌到凹槽中，不易掉出，连接强度增加，操作简单，降低了生产成本，同时做到Nb条与海绵钛、海绵锆混合料的良好焊接，有利于实现均匀性良好的钛合金铸锭。

【附图说明】

图1为本发明中肩凸型压料模具的结构示意图；

图2为本发明拼焊后的自耗电极块横截面示意图。

其中：1.Nb条；2.混合料；3.肩凸型压料模具。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种TC26钛合金熔炼用自耗电极的制备方法，选用高纯Nb条做原料，设计一种肩凸型压料模具，将Nb条与带凹槽的海绵钛、海绵锆混合料电极块组合，拼焊成单个自耗电极块，再将多个自耗电极块组焊成熔炼用自耗电极，有助于降低生产成本，提高铸锭均匀性的效果。

TC26钛合金熔炼用自耗电极块一般为Φ160×300mm，单重20Kg。

本发明具体包括以下步骤：

步骤1、以0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆、牌号为TNb1的Nb条为原料，按照TC26钛合金的名义成分进行配料、称料。0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆的颗粒大小为Φ3-Φ12.7mm；牌号为TNb1的Nb条尺寸大小为16×16×300mm，单重约0.65Kg，4支Nb条的总重约2.6Kg，符合TC26钛合金的配比和电极块的重量要求，且为组装方便，Nb条的平整度要好，不直度≤1mm/m。

步骤2、采用肩凸型压料模具，取1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制，得到带有凹槽的1/2电极块。压制过程均采用2000T液压机。

如图1所示，肩凸型压料模具用于安装在冲压头上，其包括与冲压头形状吻合的模具块，模具块与配料的接触面间隔设置有两个条形突起部，每个突起部的长度与模具长度一样，且高H和宽B均为20mm。

步骤3、采用同一肩凸型压料模具，取剩余的1/2按TC26合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆原料进行压制，得到另外的带有凹槽的1/2电极块。压料模具的设计与应用，有利于Nb条与海绵钛、海绵锆混合料的紧密组装，良好焊接。两块1/2电极块也属于平面接触，确保足够的焊接强度。

步骤4、将步骤1中准备好的Nb条分别焊接到带有凹槽的1/2电极块的凹槽中，将两个带有Nb条的1/2电极块拼焊为自耗电极块；

步骤5、如图2所示，重复执行步骤1-步骤4，获得多个自耗电极块，将多个自耗电极块焊接为一个TC26钛合金熔炼用自耗电极。可根据实际情况，组焊多个自耗电极，通过自耗电极便可进行后续的真空自耗熔炼。

实施例：TC26(Ti-13Nb-13Zr)合金的Φ380-600Kg自耗熔炼用电极块的制备方法，原材料选用0级海绵钛、工业级HZr-1海绵锆、牌号为TNb1的Nb条，名义配比按照Ti-13.2％Nb-13.0％Zr(wt％)。采用肩凸型压料模具，先取1/2按合金成分配比混合的海绵钛、海绵锆进行压制，得到带有凹槽的1/2电极块。重复操作得到另外1/2电极块。将4支Nb条放入4个凹槽中，焊接到一起。最后拼焊成Φ160-20Kg的TC26钛合金单个自耗电极块。共制备30个电极块，组焊为4个自耗电极。后续经过真空自耗熔炼3次，获得Φ380-600Kg铸锭。经测定，铸锭成分均匀，后续产品未发现组织、成分偏析等现象。