[发明专利]一种高均匀含硼钛合金铸锭的制备方法

说明书

本发明公开了一种高均匀含硼钛合金铸锭的制备方法，该方法包括：一、根据目标产物含硼钛合金铸锭的成分，选择AlTiB三元合金、海绵钛、以及中间合金作为原料；二、将原料混料后压制得到电极块；三、将电极块组焊并清理得到电极组；四、将电极组进行真空自耗电弧熔炼，得到含硼钛合金铸锭粗品；五、将含硼钛合金铸锭粗品经机加和锯切处理，得到高均匀含硼钛合金铸锭。本发明采用AlTiB三元合金为原料，其密度与钛基体更接近，熔点大幅度降低，且含硼量降低，有效增加了混料均匀性及熔炼过程中液相混合的均匀性，提高了含硼钛合金铸锭成分的均匀化程度，减小了局部偏析及富集风险，避免生成难熔物及夹杂缺陷，提高了各元素均匀性。

技术领域

本发明属于钛合金铸锭制备技术领域，具体涉及一种高均匀含硼钛合金铸锭的制备方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐蚀性好等优点，在航空、船舶等领域的应用逐步扩大。硼是金属材料领域应用非常广泛的一种添加元素，合理地选择硼含量，能够非常有效地细化材料的铸造组织，改善热加工工艺性、变形均匀性等。因此，硼对钛合金的影响也越来越被研究人员所重视。

现有的硼元素对钛合金组织与性能的研究大部分是针对TA5钛合金、Ti1023钛合金、铸态以及轧制态Ti-6Al-4V合金等。Lieberman和Roy等人发现，钛合金添加硼元素后生成了具有斜方结构的TiB颗粒，对基体有一定的强化作用。在钛合金中添加一定量的硼，生成的TiB相能钉轧晶界，细化铸态组织，阻碍后续热加工与热处理过程中原始β晶粒的长大。研究还发现，加入一定量的硼能显著细化铸态TC4钛合金的晶粒，使晶粒尺寸从无硼时的1700μm降低到200μm左右。

钛合金中硼元素的加入量一般较少，如TA5合金中硼元素含量为0.005wt％；铸造TC4中B含量约0.2wt％；TiAl合金中硼含量一般为0.2～0.5wt％。传统生产含硼钛合金的方法是使用高纯硼粉或硼铁粉(硼含量20％左右)的形式加入。而在工业化生产过程中，合金铸锭规格较大(吨级)，使用硼粉或硼元素含量较高的硼中间合金很难在大规格铸锭中分布均匀，极有可能发生局部偏聚及富集。根据钛-硼合金相图，钛锭中硼元素重量百分比约占20％～30％时，会生成高熔点的金属间化合物，熔炼过程难以将其熔化，可能会造成后续产品的夹杂等缺陷，影响钛合金的加工及产品性能。因此，使用传统方法生产出的含硼钛合金，存在宏观偏析、加工性差或产品性能不合格等问题。

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的不足，提供一种高均匀含硼钛合金铸锭的制备方法。该方法采用AlTiB三元合金为原料，其密度与钛基体更接近，熔点大幅度降低，且含硼量降低，有效增加了混料均匀性及熔炼过程中液相混合的均匀性，提高了含硼钛合金铸锭成分的均匀化程度，减小了局部偏析及富集风险，避免生成难熔物及夹杂缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高均匀含硼钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、原料选择：根据目标产物含硼钛合金铸锭的成分，选择AlTiB三元合金、海绵钛、以及含有含硼钛合金铸锭中其它成分的中间合金作为原料；

步骤二、电极块压制：使用混料器将步骤一中选择的原料进行混料，然后进行压制，得到电极块；

步骤三、电极块组焊：将步骤二中得到的电极块进行组焊并清理焊点至银白色，得到电极组；

步骤四、铸锭熔炼：将步骤三中得到的电极组进行真空自耗电弧熔炼，得到含硼钛合金铸锭粗品；所述真空自耗电弧熔炼的具体过程为：

步骤401、将电极组与辅助电极放置于真空自耗电弧炉内进行焊接，冷却后得到一次电极；

步骤402、将步骤401中得到的一次电极进行第一次真空自耗电弧熔炼，随炉冷却得到一次铸锭；所述第一次真空自耗电弧熔炼的熔炼电流为1.5kA～22.0kA，且采用交流稳弧电流；