一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法与流程

1.本发明涉及钛合金加工技术领域，尤其涉及一种钛合金铸锭熔炼方法。


背景技术：

2.钛是一种强度高、耐蚀性好、耐热性高的结构金属，钛合金是有钛为主材制成的，钛合金以其特有的特性在航材零件领域具有无法比拟的地位，随着对钛合金的普遍使用，人们对钛合金铸锭的熔炼方法提出了新的要求。
3.公告号为cn110923484a的发明文件公开了一种含高熔点合金元素的钛合金铸锭的熔炼方法，它包括以下具体步骤：1)自耗电极的制备；2)一次熔炼：采用第一步所得的自耗电极置于真空度低于1pa，真空漏率低于0.8pa的熔炼炉中熔炼，得到一次熔炼合金；3)二次熔炼：将一次熔炼合金置于真空度低于0.8pa，真空漏率低于0.6pa的熔炼炉中熔炼，得到二次熔炼合金；4)三次熔炼：将二次熔炼合金置于真空度低于0.7pa，真空漏率低于0.5pa的熔炼炉中熔炼，得到含高熔点合金元素钛合金铸锭。但是，在实际应用时，该钛合金铸锭熔炼方法还存在如下问题：
4.1、钛合金铸锭的熔炼步骤比较多，不仅会降低钛合金铸锭的熔炼效率，还会增加中间产物的产生，降低资源利用率；
5.2、在焊接电极块时会产生氧化物和杂质，使钛合金铸锭不纯净；
6.因此需要一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，用以解决上述提出的问题。


技术实现要素：

7.本发明提出的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，解决了现有的钛合金铸锭的熔炼步骤比较多，不仅会降低钛合金铸锭的熔炼效率，还会增加中间产物的产生，降低资源利用率，在焊接电极块时会产生氧化物和杂质，使钛合金铸锭不纯净的问题。
8.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
9.一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，包括以下步骤：
10.s1：使用称量设备称取等质量比例的海绵钛和铝豆，将称取的海绵钛和铝豆混合均匀后压制成电极块；
11.s2：将s1中压制成的电极块焊接成电极后置于真空自耗电弧炉中进行初步熔炼，得到中间产物钛-铝合金；
12.s3：将s2中得到的中间产物钛-铝合金总量的一半破碎成钛-铝合金颗粒；
13.s4：另外称取与s1中铝豆质量相同的海绵钛，并将、钛-铝合金和钛-铝合金颗粒混合均匀后压制成电极块；
14.s5：将s4中得到的电极块拼接成电极后置于等离子体冷床炉中进行熔炼，一次熔炼得到钛合金铸锭；
15.s6：将s5中得到的钛合金铸锭移动至车床出车去钛合金铸锭的表面层，再切除钛合金铸锭的头部缩孔；
16.s7：对车去表面层和头部缩孔的钛合金铸锭进行取样、分析和检验。
17.优选的，所述s1中，称量设备选用的是型号为jlcw-50kg-fdc皮带式防爆秤，每一样原料称量之后都需要进行校准，还需要利用抽风机清除皮带式防爆称上的余料，如此设计就可以保证原料的比例精准，皮带式防爆称的另一个作用是原料称量完毕后，皮带式防爆称能够自输送称量完毕的原料，不需要工作人员再次将原料取下。
18.优选的，所述s1，海绵钛和铝豆利用型号为vh-50lv型金属混合机进行均匀混合，型号为vh-50lv型金属混合机上包括呈不对称v型设置的两只筒，当混合机工作时，一方面，由于物料下落时的势能不同，会产生一个横向力，推动物料进行横向交流，另一方面，由于物料平面不同也有横向力，又推动物料进行横向交流，两个横向力作用物料从一只筒流向另一只筒进行横向混合，能够实现海绵钛和铝豆均匀混合的目的，在混合过程中，没有机械挤压和强留磨损，能够最大化的保证物料颗粒的完整性。
19.优选的，所述s2中，真空自耗电弧炉使用的是宝鸡鼎晟真空热技术有限公司的设备，真空自耗电弧炉的炉型为8吨、10吨和15吨中的一种，真空自耗电弧炉内部的真空度低于0.5pa，熔炼电流在1-5ka，真空漏率低于0.7pa，熔炼过程真空度小于6pa，熔炼电压在8-15v，考虑到大气下氩弧焊接采用的钨极枪头会产生高密度材料的杂质，同时还会产生氧化物，氧化物同样会有高密度杂质在熔炼过程难以融化，因此，采用深圳市奥坤鑫科技有限公司生产的真空等离子焊接设备焊接电极块。
20.优选的，所述s3中，在钛-铝合金破碎之前，利用型号为jlcw-50kg-fdc皮带式防爆秤称取钛-铝合金一半的分量，采用型号为csj钛合金高效粗碎机对钛-铝合金的一半进行破碎，工作时，钛-铝合金由料斗送进粉碎室，经刀刃和刀座的冲击，旋转刀和固定刀同时剪切粉碎，由于受到旋转离心力的作用，破碎得到的钛-铝合金颗粒自动流向出口处，可以将钛-铝合金粉碎成需要尺寸的钛-铝合金颗粒，采用的是立式粉碎结构，不受物料粘度、硬度和软度的限制，工作机腔构造简单使用，便于后期的维护，每次使用后都需要进行清洗，避免混入其它物料，导致不纯。
21.优选的，所述s4中，利用真空等离子焊接设备焊接电极块，电极块的尺寸根据收集需求选定，采用真空等离子焊接设备不会产生因使用氩弧焊接的钨极枪头焊接时产生的高密度材料杂质，同时还不会产生氧化物，因此，可以使熔炼过程更加的纯净。
22.优选的，所述s5中，等离子体冷床炉的阴极设计成水冷空心型，工作介质气体顺着阴极高速流入，等离子体冷床炉的负极材料为钨棒，高速流入的工作介质气体会使钨棒与正极的电极块之间产生等离子弧，空心电极扩大了阴极的工作面，因而增大了气体的电离度，在横向位置，等离子弧在水冷的喷嘴壁和磁场的作用下向中心压缩变细，从而形成艺术能量集中弧柱细长的高温等离子弧，具有较好的稳定性、较大的长度和较广的扫描能力。
23.优选的，所述s5中，等离子体冷床炉上应用转移弧等离子枪，使用转移弧等离子枪使输入的能量更多地用于熔化金属工件上，高效率地利用电能以获得高的熔化速率，因为转移弧枪仅仅需要一个电机，设备的易损件相对减少和经济，转移弧等离子枪还具有一个宽的功率范围，功率的范围是弧长和电流的函数，转移弧等离子枪产生的氩弧等离子束中心温度可达10000-20000摄氏度，流速可达90-99m/s，可以迅速熔化电极块。
24.优选的，所述s6中，采用型号为sdm-80170双端面数控车床对钛合金铸锭的表面层进行车削，该车床整合回转主轴、液、气旋转夹紧缸与精密筒夹组合于一体，是专为各式长
形轴、套类零件进行双端同时加工所设计的精密机床，对车削的表面层材料进行收集，提升物料的利用率，双面同时加工，能够提升车削钛合金铸锭表面层的效率。
25.优选的，所述s7中，采用一百个产品中抽取五个样品的方式进行抽样，分别抽取第5个、第22个、第43个、第60个和第88个，抽取方式分散，能够提升分析的精确性，根据gb/3602.1钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分容许偏差gb/3602.2及企标的有关规定对抽取的样品进行检验，检验合格的进行封装，不合格的钛合金破碎后重新进行熔炼。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.1、本发明的技术方案主要解决了钛合金铸锭的熔炼步骤比较多，不仅会降低钛合金铸锭的熔炼效率，还会增加中间产物的产生，降低资源利用率，在焊接电极块时会产生氧化物和杂质，使钛合金铸锭不纯净的问题，本方法采用真空等离子焊接设备焊接电极块，不会产生其它杂质的同时能提升钛合金铸锭的纯净度；
28.2、本发明为一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，利用等离子体冷床炉进行钛合金铸锭的熔炼，一次熔炼就能够得到钛合金铸锭，简化了钛合金铸锭的熔炼步骤，不会因熔炼步骤增加产生多余的副产物，以钛-铝合金代替铝豆，减少了铝元素的挥发量，提高了原材料的利用率和电子束冷床炉的使用效率；
29.3、本发明经等离子体冷床炉一次熔炼就能够得到钛合金铸锭，简化了钛合金铸锭的熔炼步骤，不会因熔炼步骤增加产生多余的副产物，还能够提升钛合金铸锭的纯净度，获得高质量的钛合金铸锭。
附图说明
30.图1为本发明提出的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法的流程图。
具体实施方式
31.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.实施例
33.参照图1，一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，包括以下步骤：
34.s1：使用称量设备称取等质量比例的海绵钛和铝豆，将称取的海绵钛和铝豆混合均匀后压制成电极块；
35.s2：将s1中压制成的电极块焊接成电极后置于真空自耗电弧炉中进行初步熔炼，得到中间产物钛-铝合金；
36.s3：将s2中得到的中间产物钛-铝合金总量的一半破碎成钛-铝合金颗粒；
37.s4：另外称取与s1中铝豆质量相同的海绵钛，并将、钛-铝合金和钛-铝合金颗粒混合均匀后压制成电极块；
38.s5：将s4中得到的电极块拼接成电极后置于等离子体冷床炉中进行熔炼，一次熔炼得到钛合金铸锭；
39.s6：将s5中得到的钛合金铸锭移动至车床出车去钛合金铸锭的表面层，再切除钛合金铸锭的头部缩孔；
40.s7：对车去表面层和头部缩孔的钛合金铸锭进行取样、分析和检验。
41.本实施例中，s1中，称量设备选用的是型号为jlcw-50kg-fdc皮带式防爆秤，每一样原料称量之后都需要进行校准，还需要利用抽风机清除皮带式防爆称上的余料，如此设计就可以保证原料的比例精准，皮带式防爆称的另一个作用是原料称量完毕后，皮带式防爆称能够自输送称量完毕的原料，不需要工作人员再次将原料取下，s1，海绵钛和铝豆利用型号为vh-50lv型金属混合机进行均匀混合，型号为vh-50lv型金属混合机上包括呈不对称v型设置的两只筒，当混合机工作时，一方面，由于物料下落时的势能不同，会产生一个横向力，推动物料进行横向交流，另一方面，由于物料平面不同也有横向力，又推动物料进行横向交流，两个横向力作用物料从一只筒流向另一只筒进行横向混合，能够实现海绵钛和铝豆均匀混合的目的，在混合过程中，没有机械挤压和强留磨损，能够最大化的保证物料颗粒的完整性，s2中，真空自耗电弧炉使用的是宝鸡鼎晟真空热技术有限公司的设备，真空自耗电弧炉的炉型为8吨、10吨和15吨中的一种，真空自耗电弧炉内部的真空度低于0.5pa，熔炼电流在1-5ka，真空漏率低于0.7pa，熔炼过程真空度小于6pa，熔炼电压在8-15v，考虑到大气下氩弧焊接采用的钨极枪头会产生高密度材料的杂质，同时还会产生氧化物，氧化物同样会有高密度杂质在熔炼过程难以融化，因此，采用深圳市奥坤鑫科技有限公司生产的真空等离子焊接设备焊接电极块，s3中，在钛-铝合金破碎之前，利用型号为jlcw-50kg-fdc皮带式防爆秤称取钛-铝合金一半的分量，采用型号为csj钛合金高效粗碎机对钛-铝合金的一半进行破碎，工作时，钛-铝合金由料斗送进粉碎室，经刀刃和刀座的冲击，旋转刀和固定刀同时剪切粉碎，由于受到旋转离心力的作用，破碎得到的钛-铝合金颗粒自动流向出口处，可以将钛-铝合金粉碎成需要尺寸的钛-铝合金颗粒，采用的是立式粉碎结构，不受物料粘度、硬度和软度的限制，工作机腔构造简单使用，便于后期的维护，每次使用后都需要进行清洗，避免混入其它物料，导致不纯，s4中，利用真空等离子焊接设备焊接电极块，电极块的尺寸根据收集需求选定，采用真空等离子焊接设备不会产生因使用氩弧焊接的钨极枪头焊接时产生的高密度材料杂质，同时还不会产生氧化物，因此，可以使熔炼过程更加的纯净，s5中，等离子体冷床炉的阴极设计成水冷空心型，工作介质气体顺着阴极高速流入，等离子体冷床炉的负极材料为钨棒，高速流入的工作介质气体会使钨棒与正极的电极块之间产生等离子弧，空心电极扩大了阴极的工作面，因而增大了气体的电离度，在横向位置，等离子弧在水冷的喷嘴壁和磁场的作用下向中心压缩变细，从而形成艺术能量集中弧柱细长的高温等离子弧，具有较好的稳定性、较大的长度和较广的扫描能力，s5中，等离子体冷床炉上应用转移弧等离子枪，使用转移弧等离子枪使输入的能量更多地用于熔化金属工件上，高效率地利用电能以获得高的熔化速率，因为转移弧枪仅仅需要一个电机，设备的易损件相对减少和经济，转移弧等离子枪还具有一个宽的功率范围，功率的范围是弧长和电流的函数，转移弧等离子枪产生的氩弧等离子束中心温度可达10000-20000摄氏度，流速可达90-99m/s，可以迅速熔化电极块，s6中，采用型号为sdm-80170双端面数控车床对钛合金铸锭的表面层进行车削，该车床整合回转主轴、液、气旋转夹紧缸与精密筒夹组合于一体，是专为各式长形轴、套类零件进行双端同时加工所设计的精密机床，对车削的表面层材料进行收集，提升物料的利用率，双面同时加工，能够提升车削钛合金铸锭表面层的效率，s7中，采用一百个产品中抽取五个样品的方式进行抽样，分别抽取第5个、第22个、第43个、第60个和第88个，抽取方式分散，能够提升分析的精确性，根据gb/3602.1钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分容许偏差gb/3602.2及企标的有关规定对抽取的样品进行检验，检验合格
的进行封装，不合格的钛合金破碎后重新进行熔炼。
42.本发明经等离子体冷床炉一次熔炼就能够得到钛合金铸锭，简化了钛合金铸锭的熔炼步骤，不会因熔炼步骤增加产生多余的副产物，还能够提升钛合金铸锭的纯净度，获得高质量的钛合金铸锭。
43.本发明的技术方案解决了现有的钛合金铸锭的熔炼步骤比较多，不仅会降低钛合金铸锭的熔炼效率，还会增加中间产物的产生，降低资源利用率，在焊接电极块时会产生氧化物和杂质，使钛合金铸锭不纯净的问题。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：s1:使用称量设备称取等质量比例的海绵钛和铝豆，将称取的海绵钛和铝豆混合均匀后压制成电极块；s2:将s1中压制成的电极块焊接成电极后置于真空自耗电弧炉中进行初步熔炼，得到中间产物钛-铝合金；s3:将s2中得到的中间产物钛-铝合金总量的一半破碎成钛-铝合金颗粒；s4:另外称取与s1中铝豆质量相同的海绵钛，并将、钛-铝合金和钛-铝合金颗粒混合均匀后压制成电极块；s5:将s4中得到的电极块拼接成电极后置于等离子体冷床炉中进行熔炼，一次熔炼得到钛合金铸锭；s6:将s5中得到的钛合金铸锭移动至车床出车去钛合金铸锭的表面层，再切除钛合金铸锭的头部缩孔；s7:对车去表面层和头部缩孔的钛合金铸锭进行取样、分析和检验。2.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s1中，称量设备选用的是型号为jlcw-50kg-fdc皮带式防爆秤，每一样原料称量之后都需要进行校准，还需要利用抽风机清除皮带式防爆称上的余料。3.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s1，海绵钛和铝豆利用型号为vh-50lv型金属混合机进行均匀混合，型号为vh-50lv型金属混合机上包括呈不对称v型设置的两只筒。4.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s3中，在钛-铝合金破碎之前，利用型号为jlcw-50kg-fdc皮带式防爆秤称取钛-铝合金一半的分量，采用型号为csj钛合金高效粗碎机对钛-铝合金的一半进行破碎。5.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s4中，利用真空等离子焊接设备焊接电极块。6.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s5中，等离子体冷床炉的阴极设计成水冷空心型，工作介质气体顺着阴极高速流入，等离子体冷床炉的负极材料为钨棒。7.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s5中，等离子体冷床炉上应用转移弧等离子枪，使用转移弧等离子枪使输入的能量更多地用于熔化金属工件上，高效率地利用电能以获得高的熔化速率。8.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s6中，采用型号为sdm-80170双端面数控车床对钛合金铸锭的表面层进行车削。9.根据权利要求1所述的一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，其特征在于，所述s7中，采用一百个产品中抽取五个样品的方式进行抽样，分别抽取第5个、第22个、第43个、第60个和第88个，抽取方式分散。

技术总结
本发明属于钛合金加工领域，尤其是一种钛合金铸锭纯净化熔炼方法，针对现有的钛合金铸锭的熔炼步骤比较多，不仅会降低钛合金铸锭的熔炼效率，还会增加中间产物的产生，在焊接电极块时会产生氧化物和杂质，使钛合金铸锭不纯净的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1：使用称量设备称取等质量比例的海绵钛和铝豆，将称取的海绵钛和铝豆混合均匀后压制成电极块；S2：将S1中压制成的电极块焊接成电极后置于真空自耗电弧炉中进行初步熔炼；本发明经等离子体冷床炉一次熔炼就能够得到钛合金铸锭，简化了钛合金铸锭的熔炼步骤，不会因熔炼步骤增加产生多余的副产物，还能够提升钛合金铸锭的纯净度，获得高质量的钛合金铸锭。获得高质量的钛合金铸锭。获得高质量的钛合金铸锭。


技术研发人员：韩松 赵哲 周明亮 张宽 陈国强
受保护的技术使用者：陕西天成航空材料有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/22