[发明专利]一种大规格TC4钛合金铸锭的制备方法

说明书

本发明属于钛及钛合金材料制备领域，公开了一种大规格TC4钛合金铸锭的制备方法，对自耗电极配料：自耗电极包含自下而上的多组电极层，每组电极层由先熔炼层和后熔炼层组成，先熔炼层中的铁元素含量为在目标值的基础上增加；所述后熔炼层中的铁元素含量为在目标值的基础上减少；按照先熔炼层和后熔炼层铁元素含量分别进行相应配料；制备自耗电极：混料、压制、码垛、氩气保护等离子焊接，得到自耗电极；制备铸锭:对自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TC4铸锭。本发明改善了现有TC4铸锭生产工艺中由于铁元素结晶偏析造成的铸锭中铁元素分布均匀性差的问题。

技术领域

本发明涉及钛及钛合金材料技术领域，具体涉及一种大规格TC4钛合金铸锭的制备方法。

背景技术

钛及钛合金因具有比强度高、密度低、良好的韧性及耐腐蚀性等突出优点，广泛应用于航空航天、石油化工、海洋等领域。而TC4钛合金由于具有高强度、高韧性、良好的塑性等一系列优点，是目前应用最广、产量最大的钛合金，被广泛应用于航空领域。

实际生产过程中，为满足使用需要，常常在TC4合金中加入一定含量的Fe元素，以提高其使用性能，同时降低成本。但是，如果铁元素出现结晶偏析就会导致整个铸锭中铁元素分布均匀性差，进而在后续热加工过程中易开裂，组织均匀性达不到标准要求，影响其后续使用及性能，而这种结晶偏析在大规格的钛及钛合金铸锭中尤其严重，因此，TC4钛合金中铁元素均匀性的控制是影响TC4铸锭生产质量的一个重要因素。

然而，铁元素的易结晶偏析的特性导致其均匀性控制非常困难。通常，为了提高TC4铸锭铁元素的均匀性，采用价格较高的含铁中间合金作为原料，这很大程度上增加了TC4铸锭的生产成本，此外，现有在使用铁钛合金作为铁元素添加剂的情况下TC4铸锭的轴向铁元素偏差仍在0.03％以上。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种大规格TC4钛合金铸锭的制备方法，克服了由于铁元素结晶偏析导致TC4钛合金铸锭铁元素均匀性差的难题，同时降低TC4铸锭生产成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种大规格TC4钛合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对自耗电极配料：所述自耗电极包含自下而上的多组电极层，每组电极层由先熔炼层和后熔炼层组成，所述先熔炼层中的铁元素含量为在目标值的基础上增加0.01％-0.02％；所述后熔炼层中的铁元素含量为在目标值的基础上减少0.01％-0.02％；

按照先熔炼层和后熔炼层中的铁元素含量分别进行相应配料，其余元素按照TC4钛合金的组分比例配料；

步骤2，制备自耗电极：对每组配料分别进行混料、压制，得到对应的若干个电极块，将两组配料对应的若干个电极块按照步骤1的电极层分布进行交替码垛，再进行氩气保护等离子焊接，得到自耗电极；

步骤3，制备铸锭：对所述自耗电极进行三次真空自耗电弧熔炼，得到TC4铸锭。

本发明技术方案的特点和进一步的改进在于：

进一步地，所述先熔炼层和后熔炼层的配料过程中，以加入铁钉的方式引入铁元素。

进一步地，所述压制为采用油压机对混合均匀的物料进行压制，压制的压力为2500-3500MPa，保压时间为30-60s。

进一步地，压制成的单个电极块为1/2圆，2个电极组成一层，每层高度为100-160mm。

进一步地，所述氩气保护等离子焊接的焊接电流为400-500A，焊接速度为60-80mm/min，焊缝数量为4-8条。

进一步地，所述自耗电极为直径范围是480-820mm的圆柱体或最大对角线是480-820mm的棱柱体；其长度为5000mm-6000mm。