[发明专利]含钛金属的熔炼铸造方法

说明书

本发明涉及含钛金属的熔炼铸造方法，包括以下步骤：配料计算，根据合金的成分含量要求和各原材料中的组分含量进行配料计算；包制合金包，根据配料计算结果，称量所需的中间合金和单质，并进行合金包包制；压电极，使用主原料包裹合金包压制成电极，保证合金包靠近电极一端的端部可以露头；感应熔炼，将压制成的电极炉内烘烤，按照匹配的真空和/或充氩条件以及感应功率加载曲线感应熔炼成含钛金属液；浇铸，增加熔炼后的含钛金属液的过热度，并进行浇铸，形成含钛金属。本发明的含钛金属的熔炼铸造方法，能够缩短含钛金属的熔炼工艺流程，单次熔炼即能够获得高均匀性和高力学性能的合金锭，亦可单次熔炼直接铸造。

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，特别涉及一种含钛金属的熔炼铸造方法。

背景技术

钛及钛合金具有耐腐蚀、比强度高、耐热性好、无磁性等优点，广泛用于航空航天、化工、海洋工程等领域。钛铝金属间化合物又称钛铝合金或钛铝基合金，具有高的比强度、比模量、高温强度、刚度，抗蠕变氧化性能佳等特点，应用目标为航空发动机、航天发动机、燃气轮机、内燃机等动力系统中750℃以下使用的耐温构件。两者的冶炼均属于钛冶炼工业，其熔液均有较高活性，即在熔炼时，熔融状态的金属液极为活泼，能够和空气中的氧、氮发生剧烈反应，与绝大多数耐火材料发生剧烈反应。

当前工业化钛冶炼工艺均采用真空环境和冷壁结晶器技术，以强冷却的冷壁与熔融金属液接触使金属液形成凝壳作为容器来容纳活泼金属熔体；而凝壳的形成和维持，需要通过高功率热源和大量冷却介质建立动态热平衡，能源消耗巨大。其采用的热源主要有电弧(EA)、电子束(EB)、等离子束(PB)、感应电磁场(IEMF)，其中以电弧做热源的真空电弧重熔(VAR)技术在当前钛冶金工业生产中应用最为广泛。

以VAR技术为例，其熔炼钛合金二次锭需要10个工序，分别是：配料计算、包制合金包、压电极、焊电极、一次熔炼、平头、焊一次锭、二次熔炼、平头及取样、化学分析；若需要完成铸件生产，则需再加3个工序，分别是：焊假电极、凝壳熔炼浇铸、取样理化分析；并且需要更换设备为真空自耗电极凝壳炉进行，金属锭至少需要熔化两次，平均每千克钛合金每重熔一次至少需要消耗4kWh电能、约1.5kg冷却水。钛及钛合金、钛铝金属间化合物铸件冶金受工艺复杂、流程长、周期长、能耗高等特点的限制，成本难以降低。

随着感应凝壳熔炼(ISM)技术发展，出现了真空感应凝壳熔炼(VISM)散布料熔炼工艺，其流程如下：配料计算、称量、布料、熔炼、浇铸、取样分析。传统的VISM散布料熔炼工艺，要么无法通过一次熔炼获得足够用于浇铸的金属量，对工业生产无实际意义，要么采用多次熔炼获得均匀成分合金锭，不能缩短流程、节省能耗。

电子束(EB)、等离子束(PB)等高能束熔炼技术，可以缩短制造流程，但电子束炉真空度较高，会造成钛铝合金中铝元素挥发烧损，导致成分严重偏离，因而无法熔炼钛铝合金。等离子束炉虽然可以实现钛铝合金的冶炼，但其高效工作气体一般为氦气，成本较高。另外，电子束炉、等离子束炉投资成本高、技术门槛高，亦不利于合金成本的降低。

随着航空航天、汽车等工业的发展，短流程、低成本、高质量的钛及钛合金、钛铝金属间化合物的冶金新工艺新技术的开发倍受关注。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种含钛金属的熔炼铸造方法。

一种含钛金属的熔炼铸造方法，包括以下步骤：配料计算，根据合金的成分要求和各原材料中的组分含量进行配料计算；包制合金包，根据配料计算结果，称量所需的中间合金和单质，并进行合金包包制；压电极，使用主原料包裹合金包压制成电极，保证合金包靠近电极一端的端部，或者露头，将压制的电极暂存于烘箱中；感应熔炼，将压制成的电极置于坩埚正中，按照匹配的真空和/或充氩条件以及感应功率加载曲线感应熔炼成含钛金属液；浇铸，浇铸前增加熔炼功率提高含钛金属液的过热度，并进行浇铸，形成含钛金属铸锭或铸件。

其中，配料计算步骤为：