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钛合金的熔炼技术

2021-03-01 15:28:46

钛和钛合金的工业生产,不论是重熔的自耗电极或锻造用的开坯料,或是异型铸件,大多都是通过真空自耗电极电弧熔炼来获得的。随着现代技术的发展和进步,钛和钛合金的熔炼,包括真空自耗电极电弧熔炼在内,先后又发展了一些新的先进技术。近年代表性的专利技术如下:

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1、直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法

西安赛特金属材料公司提出了在钛合金真空自耗电弧熔炼用电极常规制备的基础上,由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极的方法,通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺,能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。

2、钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺

攀长钢公司发明了一种钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺,包括如下步骤:当熔炼中断后重新起弧时,将熔炼电流快速提升至正常熔炼电流的75-80%,保持此时的熔炼电流;当熔池的边缘到达坩埚壁后,保持2-3min,再将此时的熔炼电流快速提升至正常熔炼电流。该工艺优势在于,使总的起弧时间大幅缩短,减小铸锭的冷却体积收缩后与坩埚壁间产生的间隙及避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔:当熔炼电流达到正常熔炼电流的75~80%时,保持该熔炼电流一段时间,这样可以较为准确地控制电极及已凝固熔池的熔化速度,避免瞬时产生大量的熔液流入铸锭与坩埚壁的间隙,或造成冷隔缺陷。

3、一种纯钛块状废料的熔炼回收方法

洛阳双瑞精铸钛业公司提出了一种纯钛块状废料的熔炼回收方法,使用6个电子枪的电子束冷床炉,将选定成分的原料装入电子束冷床炉的进料器,进行熔炼,然后将得到的铸锭冷却出炉,即可得到成品。该法直接使用TA1回收料进行熔炼,避免了废料破碎电极块压制,电极的焊制。单锭熔炼每天单台设备可熔炼9个棒料总重约6.5吨,双锭熔炼每天单台设备可熔炼18个棒料总重约13吨,极大的提高了回收效率和速度。

4、EB炉熔炼纯钛补缩的工艺方法

云南钛业股份公司提出了一种EB炉熔炼纯钛补缩的工艺方法,该工艺方法步骤为:在正常熔炼结束后,将电子枪功率降为正常熔炼时功率的一半即200kw,扫描图形不变,持续工作10~12分钟;将电子枪功率降为补缩首次功率的一半即100kw,扫描图形不变,持续工作10~12分钟;将电子枪功率降为70-80kw,沿铸锭宽度方向上将扫描图形减半即两边向中间减少,铸锭厚度方向上扫描图形不变,持续工作4~6分钟;将电子枪功率降为50kw,扫描图形不变,持续工作5~6分钟;关闭电子枪,补缩结束。该法既不会破坏结晶结构的连续性,又保证了夹杂物的充分上浮以及缩孔体积的减小和位置的提高,减少了铸锭的切头量,提高了成材率。

5、一种钛及钛合金屑状废料的电子束冷床熔炼回收方法

西北有色金属研究院提供了一种钛及钛合金屑状废料的电子束冷床熔炼回收方法,过程为:根据所熔炼钛及钛合金成分,称取纯钛屑状废料,或称取纯钛屑状废料和钛合金屑状废料中的一种或两种与海绵钛以及纯合金添加元素和/或中间合金混合的混合料,混合料中的纯钛及钛合金屑状废料添加量按质量百分比计为10%~90%;然后将其压制成电极块,用电子束冷床熔炼炉将所述电极块进行一次电子束冷床熔炼,得到钛或钛合金铸锭。该方法可以利用高达100%纯钛屑状废料生产出合格的纯钛铸锭,或利用高达90%钛及钛合金屑状废料,生产出合格的钛合金铸锭;只需要电子束冷床一次熔炼,不需要二次或三次熔炼。

6、一种洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法

西北有色金属研究院公开了一种洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法,该方法为:称取海绵钛或称取纯合金添加元素、中间合金和海绵钛,将海绵钛或将混合后的纯合金添加元素、中间合金和海绵钛压制成电极块,将压制成的电极块焊接为电极,用电子束冷床炉将电极进行一次电子束冷床熔炼,得到洁净的、化学成分均匀的钛或钛合金铸锭;电子束冷床熔炼的熔炼真空度低于6×10-2Pa,熔炼速度为70~150kg/h,熔炼功率为100~300kw;纯合金添加元素和中间合金为钛合金铸锭总重量的0%~20%。生产的钛及钛合金铸锭,化学成分均匀,铸锭宏观组织优于真空自耗电弧熔炼铸锭,无TiN和WC等高熔点夹杂。

7、一种含高熔点合金元素的钛合金的熔炼方法

中南大学发明了一种含高熔点合金元素钛合金铸锭工业化制备方法。通过选择合金的原料,采用专门组拼的电极块,采用常规的真空自耗电弧熔炼技术,调整三次熔炼的电流和电压,制备化学成分均匀,无夹杂的含高熔点合金元素的钛合金铸锭。高熔点金属在自耗电极中分布均匀,自耗电极制备方便、成本低,熔炼时电流、电压参数合理,在传统的工艺路线基础上,采用低成本的纯金属板按照特定的自耗电极组拼方式,代替添加成本高昂的中间合金和其他纯金属加入钛合金方式,采用多次真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼获得成分均匀的含高熔点合金元素钛合金铸锭,适于工业化应用。

8、一种电子束冷床炉熔炼制备TC4钛合金铸锭的方法

西北有色金属研究院公开了一种电子束冷床炉熔炼制备TC4钛合金铸锭的方法,该方法为:将海绵钛和铝豆混合均匀后压制成电极块,焊接成电极后置于真空自耗电弧炉中,一次熔炼得到Ti-AI中间合金;将Ti-Al中间合金破碎成Ti-Al中间合金颗粒;将海绵钛、Al-V中间合金和Ti-Al中间合金颗粒混合均匀后压制成电极块,拼接成电极后置于电子束冷床炉中,一次熔炼得到TC4钛合金铸锭。该法以Ti-Al中间合金代替铝豆,减少了Al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,采用的电子束冷床炉一次熔炼在降低钛材的加工成本及提高生产效率方面具有更强的优势,可提高钛合金铸锭的洁净度,获得高质量铸锭。

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