一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法技术

本发明专利技术公开了一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，海绵钛及铝钒中间合金按照GB/T3620.1要求的配比进行配料，混料后压制成电极块，将电极块进行真空等离子焊接后进行真空电弧炉熔炼，熔炼后期进行补缩，电流降低速率逐级减小，最后进行表面机加工后得到成品铸锭。本发明专利技术一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，解决了现有大规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼中冒口重量大、铸锭头部成分均匀性差、铸锭成品率低的问题，冒口比率不超过3.0％，铸锭成分均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法
本专利技术属于有色金属加工
，具体涉及一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法。
技术介绍
TC4-DT损伤容限钛合金是在Ti-6Al-4V基础上开发的低间隙元素含量的钛合金，其成分特征为合金元素波动范围窄,杂质含量低，具有较高的塑性和韧性、较好的可焊接性能及较长的使用寿命，已在新型飞机上得到了广泛的应用。随着航空钛合金结构件的整体化和大型化发展，模锻件需要棒材直径达600mm以上，铸锭规格的增大使得其成分均匀性以及成品率均受到影响，常规TC4-DT钛合金铸锭成品规格直径一般不大于720mm，铸锭成品率不高，无法满足大型锻件的用料需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，解决了现有大规格Φ920mmTC4-DT钛合金铸锭熔炼中冒口重量大、铸锭头部成分均匀性差、铸锭成品率低的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，具体包括以下步骤：步骤1：将国家标准的海绵钛、铝钒中间合金、Al豆和TiO2按照GB/T3620.1要求的配比进行配料；步骤2：将经步骤1配比的原料充分混合均匀，混料完成后，使用3000吨油压机将其压制成电极块，压制的压强为20-30MPa；步骤3：将步骤2得到的电极块进行真空等离子焊接，得到自耗电极；步骤4：将步骤3得到的自耗电极进行真空电弧炉熔炼，熔炼过程控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～40kA，熔炼电压25～45V，熔炼后冷却时间不小于5小时，在最后一次熔炼后期进入补缩阶段，电流降低速率逐级减小，最终保证熔末完整预留；步骤5：将步骤4经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面机加工后得到TC4-DT钛合金成品铸锭。本专利技术的特点还在于，步骤2中压制的压强为20-30MPa。步骤4的真空电弧炉熔炼次数为三次。三次真空电弧炉熔炼具体为：第一次和第二次真空电弧炉熔炼分别采用直径700mm和850mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～30kA，熔炼电压25～40V，熔炼后冷却时间不小于5.0小时；第三次真空电弧炉熔炼采用Φ920mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在3.0Pa以下，熔炼电流30～40kA，熔炼电压35～45V，在自耗电极熔炼剩余重量300-500kg时开始进入补缩，电流降低速率逐级减小，熔炼后冷却时间不小于9小时。电流降低速率按照4→2→1→0.8→0.5→0.2的斜率逐级降低。电流降低速率按照4→2→0.6→0.4→0.3→0.2的斜率逐级降低。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，采用真空自耗电弧熔炼(VAR)方法进行熔炼，熔炼过程中严格控制真空度、漏气率、熔炼电流和稳弧电流，提高铸锭成分均匀性、降低杂质含量，在熔炼后期进行补缩，补缩阶段采用不同速率降低电流来实现熔池深度不断减小，最终在断弧前得到较浅的熔池，解决了现有大规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼中冒口重量大、铸锭头部成分均匀性差、铸锭成品率低的问题，冒口比率不超过3.0％，铸锭成分均匀。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，具体包括以下步骤：步骤1：将国家标准的海绵钛、铝钒中间合金、Al豆和TiO2按照GB/T3620.1要求的配比进行配料；步骤2：将经步骤1配比的原料充分混合均匀，混料完成后，使用3000吨油压机将其压制成电极块，压制的压强为20-30MPa；步骤3：将步骤2得到的电极块进行真空等离子焊接，得到自耗电极；步骤4：将步骤3得到的自耗电极进行真空电弧炉熔炼，熔炼过程控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～40kA，熔炼电压25～45V，熔炼后冷却时间不小于5小时，在最后一次熔炼后期进入补缩，电流降低速率逐级减小，最终保证熔末完整预留；步骤5：将步骤4经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面机加工后得到TC4-DT钛合金成品铸锭。优选地，真空电弧炉熔炼次数为三次，具体为：第一次和第二次真空电弧炉熔炼分别采用直径700mm和850mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～30kA，熔炼电压25～40V，熔炼后冷却时间不小于5.0小时；第三次真空电弧炉熔炼采用Φ920mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在3.0Pa以下，熔炼电流30～40kA，熔炼电压35～45V，在自耗电极熔炼剩余重量为300-500kg时开始进入补缩，电流降低速率逐级减小，熔炼后冷却时间不小于9小时。优选地，电流降低速率按照4→2→1→0.8→0.5→0.2的斜率降低。优选地，电流降低速率按照4→2→0.6→0.4→0.3→0.2的斜率降低。本专利技术为保证铸锭的成分均匀性，选用优质海绵钛为基本成分及铝-钒中间合金进行配混料，铸锭的主要成分范围控制在GB/T3620.1范围内。通过混料实现原材料在电极块中均匀分布，提高成分均匀性；压制压强控制在20-30MPa保证了电极块的致密度；采用真空等离子焊接的方式进行电极的焊接是为了防止焊接自耗电极时外界气氛对电极造成氧化的影响。采用真空自耗电弧熔炼(VAR)方法进行三次熔炼，熔炼过程中严格控制真空度、漏气率、熔炼电流和稳弧电流，提高铸锭成分均匀性、降低杂质含量，在第三次熔炼后期进行补缩，补缩阶段采用不同速率降低电流来实现熔池深度不断减小，最终在断弧前得到较浅的熔池，保证冒口比率不超过3.0％。本专利技术的有益效果是：通过VAR三次熔炼，采用合适的补缩工艺使得Φ920mm规格TC4-DT钛合金铸锭的冒口控制在3.0％以内，并使冒口成分均匀。本专利技术步骤4中熔炼过程中，真空度控制在5.0Pa以下、冷却时间不小于5小时，是为了保证铸锭的O元素含量精确控制，过高的真空度或过短的冷却时间会造成O含量出现偏差，导致制备的材料不符合标准；熔炼电流10～40kA，熔炼电压25～45V，是为了保证熔炼过程的稳定性以及铸锭成分均匀性，从而制备出符合设计要求的铸锭。实施例1步骤1：将国家标准的海绵钛、铝钒中间合金、Al豆和TiO2按照按Ti-5.7Al-3.6V-0.06O配比进行配料；步骤2：将上述原料充分混合均匀，混料完成后，使用3000吨油压机将其压制成电极块，压制的压强为20MPa；步骤3：将步骤2得到的电极块进行真空等离子焊接，得到自耗电极；步骤4：将步骤3得到的自耗电极进行真空三次电弧炉熔炼，具体为：第一次熔炼采用直径700mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～20kA，熔炼电压25～35V，熔炼后冷却时间不小于5.0小时；第二次熔炼采用直径850mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流20～30kA，熔炼电压30～40V，熔炼后冷却时间不小于7.0小时；第三次真空电弧炉熔炼采用Φ920mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在3.0Pa以下，熔炼电流30～40kA，熔炼电压35～45V，在自耗电极熔炼剩余重量为300kg时开始进入补缩，电流降低速率按照4→2→1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Φ720～Φ1000mm规格TC4‑DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：将国家标准的海绵钛、铝钒中间合金、Al豆和TiO2按照GB/T3620.1要求的配比进行配料；步骤2：将经步骤1配比的原料充分混合均匀，并压制成电极块；步骤3：将步骤2得到的电极块进行真空等离子焊接，得到自耗电极；步骤4：将步骤3得到的自耗电极进行真空电弧炉熔炼，熔炼过程控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～40kA，熔炼电压25～45V，熔炼后冷却时间不小于5小时，在最后一次熔炼后期进入补缩阶段，电流降低速率逐级减小，最终保证熔末完整预留；步骤5：将步骤4经过真空电弧炉熔炼后的铸锭进行表面机加工后得到TC4‑DT钛合金成品铸锭。

【技术特征摘要】
1.一种Φ720～Φ1000mm规格TC4-DT钛合金铸锭熔炼补缩方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：将国家标准的海绵钛、铝钒中间合金、Al豆和TiO2按照GB/T3620.1要求的配比进行配料；步骤2：将经步骤1配比的原料充分混合均匀，并压制成电极块；步骤3：将步骤2得到的电极块进行真空等离子焊接，得到自耗电极；步骤4：将步骤3得到的自耗电极进行三次真空电弧炉熔炼，熔炼过程控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～40kA，熔炼电压25～45V，熔炼后冷却时间不小于5小时，在最后一次熔炼后期进入补缩阶段，电流降低速率逐级减小，最终保证熔末完整预留；三次真空电弧炉熔炼具体为：第一次和第二次真空电弧炉熔炼分别采用直径700mm和850mm的坩埚，在熔炼过程中控制真空度在5.0Pa以下，熔炼电流10～30kA，熔炼电压25～40V，熔炼后冷却时间不小于5.0小时；第三次真空电弧炉熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小花，王文盛，陈小苗，高玉社，郝芳，罗文忠，张丰收，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61