[发明专利]一种钛合金中氧与铁共加的方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金制备技术领域，尤其是涉及一种钛合金中氧与铁共加的方法。

背景技术

Ti-6Al-4V钛合金（或称TC4钛合金）是目前用量最大的α+β两相钛合金，该合金中除了Al、V等主元素外，还含有少量或微量的O、Fe、C、N等间隙元素或杂质元素。大量的研究表明，合金中间隙元素及杂质元素的含量对材料的加工性及最终性能有显著影响。O、C、N等间隙元素含量的提高会增加合金的强度，但会降低合金的塑性及加工性，其中N、C对合金塑性的损伤尤其明显。合金中间隙元素O在一定含量范围内时，可有效提高合金的强度，且对塑性的降低相对较小。合金中少量Fe元素的加入，有利于提高合金的热工艺性及强化能力。为了进一步拓展合金的性能并提高合金生产的可控性，主要钛加工企业进行Ti-6Al-4V等常规钛合金生产时，已普遍将少量的O、Fe作为合金化元素进行控制。目前，合金中O、Fe的加入主要以TiO₂粉末和铁钉、铁丝等不同类型的工业铁的形式加入。由于TiO₂的熔点在1850℃左右，在混料不充分或熔炼过程控制不理想的情况下可能产生微区不均匀，甚至有不熔TiO₂的存在；而铁的加入量过低，采用块状金属原料加入时容易导致微区不均匀现象。这些铸锭冶金质量问题很难在初期阶段检测出来，是裂纹最容易萌生的位置，将会严重损伤合金的服役性能。因此，选择更优的O、Fe元素加入方法对于提高Ti-6Al-4V等钛合金的铸锭质量具有重要意义。FeTiO₃熔点在1500℃左右，大大低于TiO₂的熔点，并且同时含有元素O和Fe，因此更适于作为钛合金中O、Fe加入的首选中间合金。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钛合金中氧与铁共加的方法，其方法步骤简单、设计合理、投入成本较低且使用操作简便、使用效果好，能有效避免以工业铁与TiO₂粉末作为中间合金加入时导致的微区不均匀及TiO₂未熔现象。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于：该方法中将需制备钛合金中所含的氧元素与铁元素以混合粉末的形式进行配入，所述混合粉末由A组分和B组分均匀混合而成，所述A组分为FeTiO₃粉末，且所述B组分为Fe₂O₃粉末或TiO₂粉末。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、原料组分与配比确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，对制备该钛合金所用原料的组分与各组分的配比进行确定；

所述原料包括海绵钛、用于配入氧元素与铁元素的混合粉末和用于配入其它合金元素的材料；

步骤二、原料称量：步骤一中原料配比确定后，还需按照所确定的所述原料的组分与各组分的配比，对所述原料中的各组分分别进行称量；

步骤三、电极制作：将步骤二中称量好的原料压制成电极块，再将所述电极块焊接形成自耗电极；

对所述电极块进行压制时，将步骤二中称量好的海绵钛、所述混合粉末和用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；或者，先对步骤二中称量好的海绵钛和所述混合粉末进行均匀混合并获得混合物，之后再将所述混合物与步骤二中称量好的用于配入其它合金元素的材料分别加入电极压制成型模具内；

步骤四、熔炼：采用真空自耗电弧炉对所述自耗电极进行二次或三次熔炼后，获得需制备钛合金的铸锭。

上述一种钛合金中氧与铁共加的方法，其特征是：步骤一中进行原料组分与配比确定时，其确定过程如下：

步骤101、各组元合金元素确定：按照需制备钛合金的名义化学成分，计算各组元合金元素的含量，其中包括氧元素的含量w_O1和铁元素的含量w_Fe1；

步骤102、根据步骤101中所确定各组元合金元素的含量，确定用于配入其它合金元素的材料数量以及各材料的类型和用量，并相应对所述海绵钛的用量进行确定；同时，对所述混合粉末中所述B组分的类型进行确定；