[发明专利]Ti-6Al-4V钛合金大型铸锭制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti-6Al-4V钛合金大型铸锭制备方法，以自动配料、混布料，自耗电极真空组焊及成品“恒熔速熔炼”，稳定实现了Φ900mm～Φ1050mm Ti-6Al-4V钛合金大型铸锭的工业化批量生产。

背景技术

Ti-6Al-4V钛合金具有比强度高、耐蚀性能好、无磁性、抗冲击震动、可加工和可焊接性能好等优点，广泛应用于航空、航天、舰船、化工、海洋等领域。目前，工业化生产的Ti-6Al-4V钛合金铸锭的常规锭型为Φ600mm～Φ700mm左右。一般来说，随着锭型的增大，带来熔炼难度的加大，大型铸锭的成分均匀性常常难以得到保证。根据相关资料，国内生产的Ti-6Al-4V钛合金铸锭最大达Φ800mm左右。

随着国际、国内航空工业的发展，飞机整机设计的发展趋势是减少焊接，承力件采用大型锻件和大型整体锻件。作为大型锻件用坯的大规格棒材直径已达Φ400mm，大型铸锭对提高大规格棒材质量一致性、稳定性和成材率具有重要意义，因而迫切需要成分均匀的Φ900mm～Φ1050mm直径的Ti-6Al-4V钛合金大型铸锭。但是由于Ti-6Al-4V钛合金中所含的钒、铝元素的分配系数K＜1，具有正偏析倾向。所以随着铸锭规格的增大，偏析更为明显。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种Ti-6Al-4V钛合金大型铸锭制备方法，提供一种适合工业化生产的、成分均匀的Φ900mm～Φ1050mm直径的Ti-6Al-4V钛合金铸锭的制备，可以解决大型优质电极制备和大直径铸锭熔炼均匀性控制的难题。

技术方案

本发明的基本思想是：Ti-6Al-4V钛合金中所含的钒、铝元素的分配系数K＜1，具有正偏析倾向。随着铸锭规格的增大，偏析更为明显。在熔化过程中K值随工艺条件的变化而变化，选择较佳的熔炼工艺参数可优化合金元素的分配系数，使其接近于1，以保证铸锭成分的均匀性。本发明中Ti-6Al-4V大型铸锭制备方法，在常规工艺路线的基础上，采用多次真空自耗熔炼，其中成品熔炼利用具备称重系统及自动控制系统的10吨真空自耗电弧炉采用“恒熔速熔炼”，采用熔速控制参数控制成品熔炼中的工艺参数。

本发明提出的Ti-6Al-4V钛合金大型铸锭制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1混料及电极压制：按照Ti-6Al-4V合金的组分，以Al-V为中间合金进行混料，并压制电极块；

步骤2电极制备：采用真空等离子弧电极组焊方法将压制好的电极块，制备得到大型自耗电极，焊接预真空≤10Pa；

步骤3一次真空自耗熔炼熔炼，熔炼电流控制在18～38KA，电压控制在33～41V；

步骤4二次真空自耗熔炼熔炼，熔炼电流控制在18～38KA，电压控制在33～41V；

步骤5成品真空自耗熔炼熔炼：采用恒熔速熔炼工艺，熔速控制参数为：20～32Kg/min；在线检测每秒钟或按照设定时间检测实际熔炼重量，以实际熔炼重量与检测相隔时间之比得到即时熔速；若熔速高于目标值时减小熔炼电流；若熔速低于目标值时增大熔炼电流。

有益效果

本发明的Ti-6Al-4V钛合金大型铸锭制备方法，突破了传统的以电流、电压为控制参数的常规熔炼方法，研究出控制单位时间内电极的熔化重量的“恒熔速熔炼”技术。采用这种控制方式可以有效控制温度场，优化分配系数，保证了熔池形状及深度的稳定，使铸锭顺序凝固过程稳定、可控，使得熔炼、结晶过程稳定，保证了大规格铸锭成分的均匀性。

附图说明

图1：取样位置图

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

以下三个实施例均使用具备称重系统及自动控制系统的10吨真空自耗电弧炉实施。

实施例1：(534-20071540锭，Φ940mm)

步骤1混料及电极压制：按照Ti-6Al-4V合金的组分，选择海绵钛，以Al-V为中间合金进行混料，并压制电极块；

步骤2电极制备：采用真空等离子弧电极组焊方法将压制好的电极块，制备得到大型自耗电极，焊接预真空≤10Pa；

步骤3一次真空自耗熔炼熔炼，坩锅Φ710mm，熔炼电流控制在18～25KA，电压控制在33～35V；

步骤4二次真空自耗熔炼熔炼，坩锅Φ820mm，熔炼电流控制在18～25KA，电压控制在33～35V；