[发明专利]一种TC4钛合金大规格板坯及其制备方法与应用

说明书

本发明属于钛材加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金大规格板坯及其制备方法与应用。本发明将海绵钛、铝钒中间合金、铝豆、铁粉与二氧化钛混合，压制，得到电极压块；对电极压块组合拼接，真空焊接，得到大电极；大电极装入电子束冷床熔炼炉中，并对熔炼室、加料室和拉锭室抽真空；然后启动电子枪对熔化冷床、精炼冷床和分流冷床中的钛凝壳预热，通过填充坩埚、持续熔炼、热封顶，冷却出炉步骤，得到TC4钛合金大规格板坯；具有流程短、成本低、品质高、效率高等优势，制得的TC4钛合金大规格板厚度为190mm、宽度1050～1280mm、长度为≤6500mm、单重≤7吨，同时满足GB/T 3620.1‑2007化学成分要求。

技术领域

本发明属于钛材加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金大规格板坯及其制备方法与应用。

背景技术

钛合金具有比强度高、质轻、耐腐蚀等优点，在航空航天、舰船、武器装备、化工等领域应用广泛。而其中TC4(Ti-6Al-4V)牌号钛合金具有中高强度等级，且综合力学性能及加工工艺性能优异，质量稳定性好，用量最大，占钛合金总产量达70％左右，主要用于装备的结构件等部位。随着工业的发展，为了提高装备的大型化、可靠性及高结构效益发展需求，钛合金结构件设计的发展趋势是减少焊缝，传统生产的小尺寸规格板材逐渐被大规格板材所代替，这就需要制备TC4钛合金大规格板坯，以满足大规格板材生产坯料尺寸的需求。

在国内，前期TC4钛合金板材一般选择VAR熔炼锻造制备的板坯进行轧制生产，即需要将配料好的电极压块组焊电极，经2～3次VAR熔炼制备出圆柱形铸锭，再经过多火次锻造、修磨及机加工制备出可用于轧制的板坯。目前，国内采用3吨级VAR熔炼炉，使用1600～3000吨级快锻机实现了2.5吨级TC4板坯制备，可生产出≤2吨级钛合金单板，一般制备的小规格板材宽度≤1220mm、长度≤5000mm。为满足大规格板材发展需求，需制备出2.5～7吨级单重大规格板坯，若仍然采用前期VAR熔炼锻造工艺方案，需投资6～12吨级VAR熔炼炉及4500～8000吨快锻机等大型设备，同时需要配备相同级别的大型加热、机加工、吊装及打磨装备，设备投资巨大。不仅如此，由于大型VAR铸锭直径大、长度长、高径比大、单重大，锻造过程中铸锭心表温差大，表面温降严重，极易产生表面锻造大裂纹及锻造鼓肚，打磨工作量及打磨材料损耗大幅增加，同时由于大规格铸锭吊装及锻造操作困难、锻造变形抗力大，每火次锻造变形量有限，锻造火次比常规小规格板坯提高一倍以上，往往需要8～15火次锻造才能完成大规格板坯的制备。因此，现有技术制备TC4大规格板坯具有投资成本高、生产工艺流程长、技术复杂、生产成本高缺点，而且板坯规格越大，缺点越显著，需要进行改进。

发明内容

为了克服现有技术中VAR熔炼锻造方法设备投资成本高、生产工艺流程长、技术复杂、生产成本高等不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种TC4钛合金大规格板坯的制备方法，该方法采用EB电子束冷床熔炼炉熔炼代替传统VAR熔炼锻造获得大规格TC4板坯，具有流程短、成本低、品质高、效率高等优势。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的TC4钛合金大规格板坯。

本发明的再一目的在于提供上述TC4钛合金大规格板坯的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种TC4钛合金大规格板坯的制备方法，包含如下步骤：

(1)压制电极：将海绵钛、铝钒中间合金、铝豆、铁粉与二氧化钛均匀混合，压制，得到电极压块；

(2)电极焊接：将步骤(1)制得的电极压块组合拼接，真空焊接，得到圆柱形、长度为1350～1450mm的大电极；

(3)将步骤(2)焊接好的大电极装入电子束冷床熔炼炉(EB炉)加料室中，然后对电子束冷床熔炼炉的熔炼室、加料室和拉锭室抽真空至(1～8)×10^-2Pa，然后打开拉锭室板阀，将拉锭底垫升入坩埚中；