【技術領域】

本(ben)發明屬(shu)于鈦(tai)合(he)金熔煉方(fang)法技(ji)術領域，具體涉及(ji)一種鈦(tai)合(he)金大型勻質鑄錠的制備方(fang)法。

背景技術：

在規模生產實踐中，鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金鑄(zhu)錠(ding)的制備常采用(yong)真空(kong)自耗(hao)重(zhong)熔(rong)法。真空(kong)自耗(hao)熔(rong)煉操作(zuo)方便，可以有效控制雜質(zhi)元素(su)的含量，經過多次重(zhong)熔(rong)可以得到成分(fen)均勻的大型鑄(zhu)錠(ding)。

真空自(zi)耗熔煉必須預先制(zhi)備自(zi)耗電極(ji)，大型鑄(zhu)錠相應的合金電極(ji)塊單重也較大，常采用混(hun)料機對鈦及其合金元素進行機械混(hun)合。例如常規鈦合金ti-6al-4v電極(ji)塊的制(zhi)備：將(jiang)海綿鈦、中間(jian)(jian)合金、鈦白粉等一(yi)起(qi)倒(dao)入混(hun)料機中，旋轉一(yi)定時間(jian)(jian)后，將(jiang)混(hun)合料倒(dao)入模(mo)具中，壓制(zhi)成鈦合金電極(ji)塊。

混(hun)(hun)料(liao)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)，存(cun)在(zai)物(wu)料(liao)不(bu)(bu)均勻分(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)潛(qian)在(zai)風險(xian)，這(zhe)主(zhu)要是由原料(liao)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)尺寸(cun)與(yu)密度(du)不(bu)(bu)同所引起的(de)(de)(de)(de)(de)。由于常規海綿(mian)鈦(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)大小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)不(bu)(bu)等，處(chu)于2-25.4mm。合(he)(he)(he)金(jin)(jin)料(liao)(如鋁(lv)釩合(he)(he)(he)金(jin)(jin))的(de)(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)較(jiao)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)，一般小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)于8mm，且部(bu)分(fen)(fen)呈粉末狀。經(jing)(jing)過(guo)混(hun)(hun)料(liao)機混(hun)(hun)合(he)(he)(he)后(hou)，會出現(xian)較(jiao)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)與(yu)較(jiao)大顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)相(xiang)對聚集(ji)，區(qu)域性分(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)象(xiang)(xiang)。裝(zhuang)入模(mo)具、壓制(zhi)成(cheng)型的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程，在(zai)很大程度(du)上并(bing)沒有(you)改(gai)變(bian)這(zhe)種(zhong)分(fen)(fen)布(bu)趨勢。糟糕的(de)(de)(de)(de)(de)是小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)區(qu)域中(zhong)(zhong)(zhong)包含較(jiao)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)海綿(mian)鈦(tai)(tai)與(yu)中(zhong)(zhong)(zhong)間合(he)(he)(he)金(jin)(jin)料(liao)，大顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)區(qu)域中(zhong)(zhong)(zhong)含有(you)較(jiao)大顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)海綿(mian)鈦(tai)(tai)與(yu)較(jiao)少的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)(zhong)間合(he)(he)(he)金(jin)(jin)料(liao)。具備這(zhe)樣特點的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)極塊組焊后(hou)，經(jing)(jing)過(guo)多(duo)次真空自耗熔煉，并(bing)不(bu)(bu)能根(gen)本改(gai)變(bian)原先的(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)域分(fen)(fen)布(bu)。可以想象(xiang)(xiang)鑄錠的(de)(de)(de)(de)(de)某一部(bu)分(fen)(fen)中(zhong)(zhong)(zhong)，就會存(cun)在(zai)兩(liang)種(zhong)不(bu)(bu)同組分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)域分(fen)(fen)布(bu)，即形成(cheng)了成(cheng)分(fen)(fen)偏(pian)(pian)析(xi)。原先小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)聚集(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)域，鈦(tai)(tai)元(yuan)(yuan)素含量(liang)較(jiao)低，合(he)(he)(he)金(jin)(jin)化元(yuan)(yuan)素含量(liang)較(jiao)高，合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)點偏(pian)(pian)低。原先大顆(ke)(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)聚集(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)域鈦(tai)(tai)元(yuan)(yuan)素含量(liang)較(jiao)高，合(he)(he)(he)金(jin)(jin)化元(yuan)(yuan)素含量(liang)較(jiao)低，合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)點偏(pian)(pian)高。這(zhe)種(zhong)成(cheng)分(fen)(fen)偏(pian)(pian)析(xi)不(bu)(bu)會在(zai)后(hou)續(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)加(jia)工中(zhong)(zhong)(zhong)消(xiao)除，將一直遺(yi)傳(chuan)到(dao)鈦(tai)(tai)材成(cheng)品(pin)，造成(cheng)組織(zhi)不(bu)(bu)合(he)(he)(he)格，產(chan)品(pin)報廢。

要制備(bei)2-3噸(dun)的(de)(de)(de)大(da)型鑄(zhu)錠，單(dan)個電極塊的(de)(de)(de)重量(liang)大(da)于100kg。若直接一(yi)次(ci)性(xing)壓制，上述混(hun)料(liao)的(de)(de)(de)不均勻性(xing)增大(da)，實際生產過程中經(jing)常出(chu)現(xian)(xian)成分偏析的(de)(de)(de)現(xian)(xian)象。因此(ci)，大(da)型鑄(zhu)錠的(de)(de)(de)電極塊，常采(cai)用分塊壓制，組焊的(de)(de)(de)方法。但這樣的(de)(de)(de)操作只(zhi)是降(jiang)低了成分偏析出(chu)現(xian)(xian)的(de)(de)(de)風險，也不能從(cong)理論(lun)上消除混(hun)料(liao)過程大(da)小(xiao)顆粒區域性(xing)分布的(de)(de)(de)缺陷。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種鈦合金大型勻質鑄錠的制(zhi)備方法，以解決鑄錠中(zhong)出(chu)現的成分(fen)偏析(xi)的問題(ti)。

本發明(ming)采用以下技術方案，一種(zhong)鈦合(he)金大型(xing)勻質鑄錠的制備方法(fa)，該方法(fa)中使用模具(ju)型(xing)腔(qiang)，模具(ju)型(xing)腔(qiang)內放置(zhi)有可拆(chai)卸的輔助(zhu)支架，輔助(zhu)支架用于將(jiang)模具(ju)型(xing)腔(qiang)內部空間分成水(shui)平排布(bu)的n個格擋，其(qi)中n≥16為正整數；

該制備(bei)方法具(ju)體包括以下步驟：

步驟1、將海綿鈦(tai)按照(zhao)顆粒(li)大小分為(wei)大顆粒(li)海綿鈦(tai)和小顆粒(li)海綿鈦(tai)；

步驟2、將大(da)顆粒海綿(mian)(mian)鈦(tai)、小顆粒海綿(mian)(mian)鈦(tai)分別(bie)與中(zhong)間料(liao)(liao)進(jin)行稱料(liao)(liao)，并將得出n份混(hun)合原料(liao)(liao)，分別(bie)倒(dao)入n個(ge)格擋(dang)中(zhong)，且滿(man)足相鄰兩個(ge)格擋(dang)內的混(hun)合原料(liao)(liao)分別(bie)包含大(da)顆粒海綿(mian)(mian)鈦(tai)和小顆粒海綿(mian)(mian)鈦(tai)；

步驟(zou)3、將輔助支架(jia)從(cong)模具(ju)型腔取出；

步驟4、啟動壓機，采用短行(xing)程立式壓制(zhi)(zhi)將模具型腔內(nei)的混合原料一(yi)次性壓制(zhi)(zhi)成(cheng)大(da)單重電極塊；

步(bu)驟5、重(zhong)復執(zhi)行步(bu)驟1至步(bu)驟4，獲取(qu)多個(ge)大單重(zhong)電極(ji)塊(kuai)，組焊為自(zi)耗(hao)電極(ji)，并將自(zi)耗(hao)電極(ji)進(jin)行2-3次真空自(zi)耗(hao)熔煉得到均勻(yun)性良好的鈦合金大型勻(yun)質(zhi)鑄(zhu)錠。

進一步地，海(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)為(wei)0級(ji)海(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)，大顆(ke)粒海(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)的粒徑(jing)大于12.7mm，小(xiao)顆(ke)粒海(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)的粒徑(jing)小(xiao)于等于12.7mm。

進一步(bu)地(di)，每個格擋(dang)在水平方向(xiang)上的長邊尺寸為60-120mm。

進一步地(di)，輔助支(zhi)(zhi)架包括多(duo)個豎直且相互交叉設置的支(zhi)(zhi)板(ban)，每(mei)個支(zhi)(zhi)板(ban)的材料均為(wei)純鈦(tai)或鈦(tai)合(he)金ti-6al-4v。

進一步地，輔助支(zhi)架的(de)每(mei)個支(zhi)板的(de)豎(shu)直截(jie)面為：上部為矩(ju)形，且(qie)下部的(de)厚度(du)逐(zhu)漸減小(xiao)呈楔形。

進一步地(di)，步驟4中得到的電極(ji)塊(kuai)，其壓(ya)制方向(xiang)上的長(chang)度(du)小于垂直壓(ya)制方向(xiang)上的長(chang)度(du)。

進一步地，步驟4中電極(ji)塊單(dan)重為100-180kg。

進一步地，壓機(ji)選(xuan)用3500t液壓機(ji)。

本發(fa)明的有益效果是：在(zai)不提高海綿(mian)鈦(tai)品級與(yu)成本的前提下，將海綿(mian)鈦(tai)預先篩分(fen)(fen)，將大顆(ke)粒(li)(li)(li)與(yu)小(xiao)顆(ke)粒(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)與(yu)中間(jian)(jian)合(he)金料混(hun)合(he)。壓制電(dian)(dian)極時，利(li)用輔助(zhu)支架預先放(fang)置于模具型腔中，將整(zheng)個型腔體積分(fen)(fen)為(wei)幾(ji)個部分(fen)(fen)，并將大小(xiao)顆(ke)粒(li)(li)(li)相(xiang)間(jian)(jian)放(fang)置，使其均(jun)勻(yun)有序地(di)分(fen)(fen)布，再將支架取出(chu)后，統(tong)一壓制成型。如此布料的自(zi)耗(hao)電(dian)(dian)極，電(dian)(dian)極塊(kuai)壓制完成后，組焊為(wei)自(zi)耗(hao)電(dian)(dian)極，便可進行后續的真(zhen)空自(zi)耗(hao)熔煉。在(zai)熔煉過(guo)程中，大小(xiao)顆(ke)粒(li)(li)(li)的區(qu)域可以有效地(di)相(xiang)互擴(kuo)散熔合(he)，不會(hui)出(chu)現(xian)成分(fen)(fen)偏析。本發(fa)明通(tong)過(guo)分(fen)(fen)而治之，相(xiang)間(jian)(jian)分(fen)(fen)布，統(tong)一壓制，提高了鑄錠的內在(zai)品質。

【附圖說明】

圖1為(wei)本發(fa)明實施(shi)例中輔助支(zhi)架將(jiang)模具型腔(qiang)劃(hua)分為(wei)十六份(fen)及支(zhi)板(ban)橫截面的結(jie)構示意圖。

【具體實施方式】

下面結合附(fu)圖(tu)和具體實施(shi)方式對本發明進行詳(xiang)細(xi)說明。

本發明公開了一種(zhong)鈦合金大(da)(da)型(xing)勻質(zhi)鑄(zhu)錠的(de)制備方法，該(gai)(gai)方法尤其(qi)適用于真空自耗熔煉制備2-3噸(dun)大(da)(da)型(xing)鈦合金鑄(zhu)錠。如(ru)圖(tu)1所示，該(gai)(gai)方法中使用模具(ju)型(xing)腔(qiang)，在(zai)模具(ju)型(xing)腔(qiang)內(nei)預先放置有(you)可拆卸(xie)的(de)輔助支架(jia)，輔助支架(jia)用于將模具(ju)型(xing)腔(qiang)內(nei)部(bu)空間分成水平(ping)排布的(de)n個格擋，其(qi)中n≥16為(wei)正整數。

輔助支架可以根據(ju)電(dian)極塊的(de)(de)單(dan)重、配料元素(su)的(de)(de)具體(ti)要求、模具型(xing)腔的(de)(de)規格等條件設計不同的(de)(de)結構和劃分不同的(de)(de)份(fen)數(shu)。另外，每個格擋在水(shui)平(ping)方向上的(de)(de)長邊尺寸為60-120mm。

為(wei)了(le)適(shi)應鈦材(cai)的工裝(zhuang)條(tiao)件，輔助(zhu)支(zhi)(zhi)架包括(kuo)多個豎直(zhi)(zhi)且(qie)相互交叉(cha)設置的支(zhi)(zhi)板，每個支(zhi)(zhi)板的材(cai)料(liao)均(jun)為(wei)純鈦或(huo)常用鈦合金(jin)ti-6al-4v，為(wei)了(le)方便取出，輔助(zhu)支(zhi)(zhi)架的每個支(zhi)(zhi)板的豎直(zhi)(zhi)截面為(wei)上寬下(xia)(xia)窄(zhai)的斜面型(xing)，即(ji)輔助(zhu)支(zhi)(zhi)架的每個支(zhi)(zhi)板的豎直(zhi)(zhi)截面為(wei)上部為(wei)矩形，且(qie)下(xia)(xia)部的厚度逐漸減小呈楔形。

該制備方法具體包括以下步(bu)驟：

步(bu)驟1、預先將海(hai)(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)按照顆(ke)(ke)粒(li)(li)大(da)小(xiao)進行篩分，篩分為大(da)顆(ke)(ke)粒(li)(li)海(hai)(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)和小(xiao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)海(hai)(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)；海(hai)(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)選擇(ze)為0級海(hai)(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)，大(da)顆(ke)(ke)粒(li)(li)海(hai)(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)為粒(li)(li)徑大(da)于12.7mm，小(xiao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)海(hai)(hai)綿(mian)(mian)(mian)鈦(tai)的粒(li)(li)徑小(xiao)于等于12.7mm。

步(bu)驟2、將大顆(ke)粒海(hai)綿(mian)(mian)鈦和小顆(ke)粒海(hai)綿(mian)(mian)鈦分(fen)別(bie)與(yu)中間料進(jin)行稱料，并(bing)將得出的n份混合(he)原(yuan)料，分(fen)別(bie)倒入n個格(ge)擋中，且滿足相(xiang)鄰兩個格(ge)擋內的混合(he)原(yuan)料分(fen)別(bie)包含大顆(ke)粒海(hai)綿(mian)(mian)鈦和小顆(ke)粒海(hai)綿(mian)(mian)鈦；

根(gen)據鈦合金(jin)(jin)的配比與(yu)輔助支架(jia)的分割份(fen)數，分別稱(cheng)料(liao)(liao)(liao)、混(hun)料(liao)(liao)(liao)，倒(dao)入相應(ying)的格(ge)擋中(zhong)(zhong)，特別是大、小顆(ke)粒(li)海綿鈦分別與(yu)中(zhong)(zhong)間(jian)合金(jin)(jin)料(liao)(liao)(liao)混(hun)合，相間(jian)分布，如圖1所(suo)示(shi)，橫豎(shu)方格(ge)形輔助支架(jia)將模具型腔劃分為(wei)十六份(fen)，則(ze)需要稱(cheng)料(liao)(liao)(liao)、混(hun)料(liao)(liao)(liao)十六次(ci)，其中(zhong)(zhong)“+”、“-”表示(shi)大小顆(ke)粒(li)海綿鈦分別與(yu)中(zhong)(zhong)間(jian)合金(jin)(jin)料(liao)(liao)(liao)混(hun)合，相間(jian)分布于(yu)模具型腔中(zhong)(zhong)。

步驟(zou)3、松(song)動輔助支(zhi)架(jia)，在(zai)不影響格擋中原有(you)布料的情況(kuang)下，將輔助支(zhi)架(jia)從模(mo)具(ju)型腔取(qu)出(chu)。

步驟(zou)4、啟動壓機，采(cai)用(yong)短行(xing)程立式(shi)壓制(zhi)將模具型腔內(nei)的混合(he)原(yuan)料一次性壓制(zhi)成大(da)單重(zhong)電極塊；該(gai)方法壓制(zhi)成的電極塊單重(zhong)大(da)于(yu)等于(yu)100kg，優(you)選的電極塊單重(zhong)為100-180kg。

短(duan)行(xing)程立式壓(ya)(ya)(ya)(ya)制是指壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)上模架抬起的高度(du)盡量小，縮短(duan)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)的行(xing)程。其內涵是指立式壓(ya)(ya)(ya)(ya)制方(fang)向的尺寸是電(dian)極(ji)(ji)塊(kuai)形狀的最小尺寸，得到的電(dian)極(ji)(ji)塊(kuai)的高度(du)小于(yu)(yu)直徑，即得到的電(dian)極(ji)(ji)塊(kuai)的壓(ya)(ya)(ya)(ya)制方(fang)向上的長度(du)小于(yu)(yu)電(dian)極(ji)(ji)塊(kuai)垂直壓(ya)(ya)(ya)(ya)制方(fang)向上的長度(du)，這樣有利(li)于(yu)(yu)電(dian)極(ji)(ji)塊(kuai)壓(ya)(ya)(ya)(ya)實密度(du)的均勻(yun)性(xing)，選用設備(bei)為3500t液壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)。

步驟(zou)5、重復執行(xing)步驟(zou)1至步驟(zou)4，獲取多個大單重電(dian)(dian)極塊(kuai)，并組焊為自耗電(dian)(dian)極，并依(yi)次將每個自耗電(dian)(dian)極進(jin)行(xing)2-3次真空自耗熔(rong)煉得到均(jun)勻性(xing)良好的鈦合金大型勻質鑄錠。

實施例1ta2純(chun)鈦(tai)φ620-2880kg鑄錠熔煉方法：原材(cai)料選用0級海(hai)綿鈦(tai)、工業(ye)純(chun)fe釘，鈦(tai)白粉(fen)。合金配(pei)比按照成分ti-0.25fe-0.20o(wt％)。預先將海(hai)綿鈦(tai)進行(xing)篩(shai)分，以12.7mm分界(jie)簡單地分為(wei)大小兩種顆粒。

在φ460的模具型(xing)腔(qiang)中預(yu)先放(fang)置方格形(xing)輔助支架，將(jiang)型(xing)腔(qiang)分為(wei)十六(liu)份。分別按10kg的重量配料、稱料16次(ci)，倒入16個格檔中。特別將(jiang)大小(xiao)顆粒混合(he)料相間放(fang)置。松動取出(chu)支架后(hou)，一次(ci)性壓制成φ460-160kg的ta2純鈦電極塊。壓成的大單(dan)重電極塊厚度約300mm。

共(gong)制備18個電(dian)極塊，組焊為(wei)2個自耗電(dian)極。后續(xu)經過真空自耗熔煉2次，獲得(de)φ620-2880kg鑄(zhu)錠(ding)。鑄(zhu)錠(ding)上部(bu)、中部(bu)、下部(bu)fe元素含量(liang)的檢測結(jie)果為(wei)0.25％、0.23％、0.24％。o元素含量(liang)的檢測結(jie)果為(wei)0.20％、0.18％、0.21％。該(gai)錠(ding)號(hao)材(cai)料(liao)在(zai)后續(xu)加工過程中，未發(fa)現內部(bu)存(cun)在(zai)組織與(yu)成分偏(pian)析的現象。

實(shi)施例(li)2tc4(ti-6al-4v)鈦(tai)合(he)金φ620-3000kg鑄錠(ding)熔煉方法：原(yuan)材料選用0級(ji)海(hai)綿鈦(tai)、alv55中(zhong)間合(he)金、工(gong)業(ye)純鋁(lv)豆(dou)，合(he)金配比按(an)照ti-6.2％al-4.2％v(wt％)。預先將海(hai)綿鈦(tai)進(jin)行篩分(fen)，以12.7mm分(fen)界(jie)簡單(dan)地(di)分(fen)為大小兩種顆粒。

在φ380的模(mo)具型腔(qiang)中預先放(fang)置方格(ge)形(xing)輔助支架，將(jiang)型腔(qiang)分(fen)為十(shi)六(liu)分(fen)。分(fen)別(bie)(bie)按6.25kg的重量配料、稱料十(shi)六(liu)次，倒入十(shi)六(liu)個格(ge)檔中。特(te)別(bie)(bie)將(jiang)大(da)小顆(ke)粒混合料相間放(fang)置。松動取出支架后(hou)，一次性壓制(zhi)成(cheng)φ380-100kg的tc4鈦合金電(dian)極(ji)塊。壓成(cheng)的大(da)單重電(dian)極(ji)塊厚(hou)度約300mm。

共制(zhi)備(bei)30個電極塊(kuai)，組焊為4個自耗(hao)電極。后(hou)(hou)續經(jing)過真(zhen)空自耗(hao)熔煉3次，獲得φ620-3000kg鑄(zhu)錠。鑄(zhu)錠上部(bu)、中部(bu)、下部(bu)元(yuan)素含量(liang)的(de)檢測結(jie)果(guo)為：al％＝6.25％、6.30％、6.26％；v％＝4.20％、4.25％、4.24％；fe％＝0.15％、0.13％、0.14％；o％＝0.14％、0.13％、0.14％。該錠號材料在(zai)后(hou)(hou)續加工(gong)過程中，未發(fa)現內部(bu)存在(zai)組織(zhi)與(yu)成分偏析的(de)現象。

壓料(liao)(liao)用輔助支架可以根(gen)據(ju)電極塊的單重(zhong)，原(yuan)材料(liao)(liao)及(ji)配料(liao)(liao)的要求，模具型腔的規格等條件(jian)設計不同的結(jie)(jie)構，并不局限于本發明中提(ti)到(dao)的結(jie)(jie)構類(lei)型。