提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的VAR熔炼方法与流程

本发明属于钛合金加工方法，具体涉及一种提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法。

背景技术：

1、钛合金因其比强度高、耐高温、生物相容性好等特性，已经在航空、航天、医疗等领域得到广泛应用。其中，真空自耗电弧熔炼(var)技术一直是钛合金熔炼的主要方法，大量研究表明，var技术制备的钛合金铸锭存在成分偏析和组织缺陷等问题，这些缺陷的存在往往会对钛合金构件的质量和性能有较大影响。随着航空、电力等工业的发展，大型钛合金铸锭的需求逐渐增多，因此制备大规格铸锭迫在眉睫。但是由于钛合金自身导热性差，铸锭尺寸大型化后，元素偏析程度加剧，铸锭成分均匀性降低。

2、公开日为2020年8月11日、公开号为cn111519066 a的中国专利公开了一种提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的制备方法，该方法通过降低熔池输入功率(即降熔速)达到了铸锭成分均匀性的目的，但是经过实际生产验证，该熔炼方法虽然能一定程度上起到提高铸锭成分均匀性的效果，但存在如下问题：(1)铸锭整体的熔炼时间、熔炼成本显著增加；(2)工艺窗口范围窄：稳弧周期需保持较高水平，否则容易出现类似年轮状、流线类的带状偏析。鉴于此，本发明提出一种提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，该方法在保持熔炼成本、熔炼时间不增加的基础上，提高了大规格(4000～8000kg)钛合金铸锭的成分均匀性，且工艺窗口范围较宽。

2、本发明所采用的技术方案是，提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1、采用计算机数值模拟方法建立钛合金铸锭数值模型；

4、步骤2、模拟熔炼过程，获得使熔池沿顺时针和逆时针液体流动强度相等的稳弧周期，即正反向稳弧熔炼工艺；

5、步骤3、制备自耗电极；

6、步骤4、将步骤3得到的自耗电极置于真空自耗电弧炉中进行三次熔炼，得到钛合金铸锭。

7、本发明的特点还在于：

8、步骤3具体为：

9、将制备钛合金铸锭所需的海绵钛及中间合金进行配料、均匀混料，并压制成多个电极块，随后在氩气保护的等离子焊箱中焊接成自耗电极。

10、步骤3中的铸锭总投料量为4000～8000kg。

11、步骤4中，前两次熔炼过程具体为：

12、第一次熔炼采用电流控制，出炉后打磨铸锭表面；

13、第二次熔炼采用熔速控制，熔炼熔速15kg/min～26kg/min。

14、步骤4中，第三次熔炼采用正反向稳弧熔炼工艺，具体为：

15、真空度控制在1.0pa以下，熔炼速度10kg/min～25kg/min，在自耗电极熔至剩余重量为初始重量的15％～20％时，设置正向稳弧周期为10～18s，反向稳弧周期为13～25s，在自耗电极剩余重量占初始重量4％～6％时，开始进入补缩阶段，逐级降电流提升冒口，总补缩时间不少于100～200min。

16、钛合金铸锭为tc4或tc17合金。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明方法利用计算机数值模拟方法建立钛合金铸锭数值模型，优选工艺参数，采用真空自耗电弧熔炼方法(var)对自耗电极进行熔炼，熔炼过程中在两个方向(ac+/ac-)分别设定不同的稳弧周期，补偿熔池固有的旋转，确保熔池水平方向沿顺时针和逆时针流动强度相等，提高了铸锭的成分均匀性，解决了大规格钛合金铸锭中成分均匀性差、批次稳定性低的问题，在产品质量和制造成本之间取得一个较为理想的平衡点。与现有熔炼方法相比，本发明方法熔炼时间、熔炼成本较低，所制备铸锭的成分均匀性高，且工艺窗口范围较宽，稳弧周期无需保持较高水平。另外，本发明制备工艺可以推广至其他合金如tb6、tc18合金的铸锭熔炼中，应用前景广阔。

1.提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，其特征在于，步骤3具体为：

3.根据权利要求1所述的提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，其特征在于，步骤3中的铸锭总投料量为4000～8000kg。

4.根据权利要求1所述的提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，其特征在于，步骤4中，前两次熔炼过程具体为：

5.根据权利要求1所述的提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，其特征在于，步骤4中，第三次熔炼采用正反向稳弧熔炼工艺，具体为：

6.根据权利要求1所述的提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的var熔炼方法，其特征在于，所述钛合金铸锭为tc4或tc17合金。