一种利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法技术

本申请公开了一种利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法，属于钛合金领域。该方法包括下述步骤：1)将含有钛、镍和钼的物料混合压制成料块，之后干燥；2)将干燥后的料块利用电子束冷床炉熔炼，即得TA10钛合金；所电子束冷床炉熔炼包括启枪阶段、铸锭制底阶段、稳定熔炼阶段；所述电子束冷床炉包括依次毗邻的熔化区、精炼区和结晶区，所述稳定熔炼阶段中的熔化区的功率为800～1100Kw，精炼区的功率为150～180Kw，结晶区的功率为180～210Kw。该方法制备的TA10钛合金的元素分布均匀性良好，表面质量好。

A method for melting TA10 titanium alloy by electron beam cold hearth furnace

The application discloses a method for smelting TA10 titanium alloy by an electron beam cold bed furnace, belonging to the field of titanium alloy. The method comprises the following steps: 1) mixing and pressing the materials containing titanium, nickel and molybdenum into blocks, and then drying; 2) smelting the dried blocks in an electron beam cold bed furnace to obtain TA10 titanium alloy; and the electron beam cold bed furnace smelting comprises a starting gun stage, a bottom casting stage and a stable smelting stage; and the electron beam cold bed furnace package. The power of the melting zone in the stable melting stage is 800-1100 Kw, the power of the refining zone is 150-180 Kw, and the power of the crystallizing zone is 180-210 Kw. The TA10 titanium alloy prepared by this method has good uniformity and good surface quality.

【技术实现步骤摘要】
一种利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法
本申请涉及一种利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法，属于钛合金领域。
技术介绍
随着钛合金在航空工业中用量的迅速增长，合金的冶金质量显得越来越重要。据各国统计，不少飞行事故是由于钛合金部件的冶金缺陷导致提前失效造成的。为了生产优质高洁净航空发动机转动件用钛合金，在20世纪80年代末，国际上引入了冷床熔炼技术，由于它优异的低密度夹杂(简称LDI)和高密度夹杂(简称HDI)去除效果，在航空关键部件用钛合金铸锭的生产上具有独特的优势。电子束冷床炉熔炼(简称EB)技术除能比较好的消除高密度和低密度夹杂外，还能大量回收残料，降低生产成本，可生产扁锭、空锭，减少板材与管材生产时的后续加工，对某些用途可以一次熔炼成锭。TA10钛合金是为了改善纯钛的缝隙腐蚀性能而研制的一种低合金化Ti-Mo-Ni系近α合金，该合金中含有0.3％Mo和0.8％Ni(质量分数)，不仅强化了合金，而且对高温、低pH值氯化物或弱还原性酸具有良好的抗缝隙腐蚀性能。TA10钛合金具有良好的工艺塑性和焊接性能，在化工、医疗、航空等领域已经得到了广泛应用。国内EB熔炼技术尚处于起步阶段，在钛及钛合金成形方面尚未形成大规模的应用。宝鸡钛业股份有限公司和云南钛业股份有限公司分别针对TA10钛合金的电子束冷床炉熔炼一次成形工艺进行了研究，研究表明：在利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的的过程中存在Ni元素过度挥发及制备的TA10合金分布均匀性差的问题。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法，该方法制备的TA10钛合金元素分布均匀性良好，表面质量好。所述利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法，其特征在于，包括下述步骤：1)将含有钛、镍和钼的物料混合压制成料块，之后干燥；2)将干燥后的料块利用电子束冷床炉熔炼，即得TA10钛合金；所述电子束冷床炉熔炼工艺包括启枪阶段、铸锭制底阶段和稳定熔炼阶段；所述用于启枪阶段和铸锭制底阶段的料块中镍含量为0.85～1.05wt％，用于稳定熔炼阶段的料块中镍含量为0.80～0.90wt％；所述电子束冷床炉包括依次毗邻的熔化区、精炼区和结晶区，所述稳定熔炼阶段中的熔化区的功率为800～1100Kw，精炼区的功率为150～180Kw，结晶区的功率为180～210Kw。优选地，所述用于启枪阶段和铸锭制底阶段的料块中镍含量的下限选自为0.87wt％、0.89wt％、0.90wt％、0.92wt％、或0.94wt％，上限选自0.95wt％、0.97wt％、0.99wt％、1.00wt％、1.02wt％或1.04wt％；所述用于稳定熔炼阶段的料块中镍含量的下限选自0.80wt％、0.82wt％、0.83wt％或0.84wt％，上限选自0.85wt％、0.86wt％、0.87wt％、0.88wt％或0.89wt％。进一步优选地，所述用于启枪阶段和铸锭制底阶段的料块中镍含量为0.95wt％，所述用于稳定熔炼阶段的料块中镍含量为0.85wt％。优选地，所述含有钛、镍和钼的物料中的钼元素的含量为0.25～0.35wt％。进一步优选地，所述电子束冷床炉熔炼工艺的物料中的钼元素含量为0.3wt％。优选地，所述料块的厚度为100-200mm。进一步优选地，所述料块的厚度的下限选自110mm、120mm、130mm、140mm、150mm或160mm，上限选自150mm、160mm、170mm、180mm或190mm。更进一步优选地，所述料块的厚度为170mm。优选地，所述料块单层进料到所述熔炼区，所述进料速度为8～20mm/min。进一步优选地，所述进料速度的下限选自9mm/min、10mm/min、11mm/min、12mm/min、13mm/min、14mm/min、15mm/min、16mm/min或17mm/min，上限选自12mm/min、13mm/min、14mm/min、15mm/min、16mm/min、17mm/min、18mm/min或19mm/min。更进一步优选地，所述进料速度为14mm/min。可选地，所述进料到电子束冷床炉熔炼区可以单侧进料和/或双侧进料。根据一种实施方式，进料系统为双侧进料时，每侧的进料速度为4～10mm/min。可选地，所述料块的规格尺寸的长×宽×厚为：200mm×200mm×170mm，根据一种实施方式，该料块的质量为20Kg。根据电子束冷床炉的进料仓的尺寸大小以及待熔炼的物料的数量，可以将物料压制成若干块厚度相同或不同的料块。优选的，所述若干块料块的厚度相同。可选地，可以采用油压机进行压块操作。优选地，所述电子束冷床炉熔炼工艺的拉锭速度为1～6mm/min。更优选地，所述电子束冷床炉熔炼工艺的拉锭速度为3mm/min。优选地，所述熔化区设置四个第一电子枪、所述精炼区设置一个第二电子枪、所述结晶区设置两个第三电子枪；所述稳定熔炼阶段中的第一电子枪的电流范围为7.0～9.0A，第二电子枪的电流范围为5.0～6.2A，第三电子枪的电流范围为6.0～7.0A，所述电子束冷床炉内真空度的值小于7.8×10-3torr。第三电子枪的电流范围为6.0～7.0A更有利于Ni元素的流动性，增加镍元素分布的均匀性。更优选地，所述稳定熔炼阶段中的第一电子枪的电流范围为7.8～8.5A，第二电子枪的电流范围为5.8-6.2A，第三电子枪的电流范围为6.3～6.7A，所述稳定熔炼阶段中电子束冷床炉内真空度的值小于6.8×10-3torr。进一步优选地，所述稳定熔炼阶段中电子束冷床炉内真空度为0.25～0.80Pa。更进一步优选地，所述稳定熔炼阶段中电子束冷床炉内真空度为6.0×10-3Pa。可选地，所述启枪阶段中第一电子枪的电流范围为2.0～5.0A，第二电子枪的电流范围为不大于5.0A，第三电子枪的电流范围为0～2.0A，所述启枪阶段中电子束冷床炉内真空度的值小于1.2×10-2torr。优选地，所述启枪阶段中电子束冷床炉内真空度为1.0×10-2torr。优选地，所述启枪阶段保持时间为不大于2h。可选地，所述铸锭制底阶段中的第一电子枪的电流范围为5.0～7.0A，第二电子枪的电流范围为5.0～6.0A，第三电子枪的电流范围为不大于6.5A，所述铸锭制底阶段中的电子束冷床炉内真空度的值小于9.1×10-3torr。优选地，所述铸锭制底阶段中的电子束冷床炉内真空度为7.5×10-3torr。优选地，所述铸锭制底阶段的保持时间为不大于50min。优选地，所述电子束冷床熔炼还包括补缩工艺。优选地，所述补缩工艺包括将第三电子枪的X轴、Y轴每隔一段时间微调收缩图形直至结束。进一步优选地，所述补缩工艺包括将第三电子枪从6.5A开始以1.3A/8min的速度降低，第三电子枪的X轴、Y轴每隔8min微调收缩图形直至结束。根据本申请的一个实施例，所述补缩工艺包括在稳定熔炼结束后将第三电子枪从6.5A开始以1.3A/8min的间隔均匀降低，每降1.3A将第三电子枪图形X轴、Y轴微调收缩图形直至结束，补缩工艺的时间为30-50min，进一步的，补缩工艺的时间为40min。优选地，将经过电子束冷床熔炼的补缩工艺之后制备的铸锭自然冷却。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法，其特征在于，包括下述步骤：1)将含有钛、镍和钼的物料混合压制成料块，之后干燥；2)将干燥后的料块利用电子束冷床炉熔炼，即得TA10钛合金；所述电子束冷床炉熔炼工艺包括启枪阶段、铸锭制底阶段和稳定熔炼阶段；所述用于启枪阶段和铸锭制底阶段的料块中镍含量为0.85～1.05wt％，用于稳定熔炼阶段的料块中镍含量为0.80～0.90wt％；所述电子束冷床炉包括依次毗邻的熔化区、精炼区和结晶区，所述稳定熔炼阶段中的熔化区的功率为800～1100Kw，精炼区的功率为150～180Kw，结晶区的功率为180～210Kw。

【技术特征摘要】
1.一种利用电子束冷床炉熔炼TA10钛合金的方法，其特征在于，包括下述步骤：1)将含有钛、镍和钼的物料混合压制成料块，之后干燥；2)将干燥后的料块利用电子束冷床炉熔炼，即得TA10钛合金；所述电子束冷床炉熔炼工艺包括启枪阶段、铸锭制底阶段和稳定熔炼阶段；所述用于启枪阶段和铸锭制底阶段的料块中镍含量为0.85～1.05wt％，用于稳定熔炼阶段的料块中镍含量为0.80～0.90wt％；所述电子束冷床炉包括依次毗邻的熔化区、精炼区和结晶区，所述稳定熔炼阶段中的熔化区的功率为800～1100Kw，精炼区的功率为150～180Kw，结晶区的功率为180～210Kw。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于启枪阶段和铸锭制底阶段的料块中镍含量为0.95wt％，所述用于稳定熔炼阶段的料块中镍含量为0.85wt％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述含有钛、镍和钼的物料中的钼元素的含量为0.25～0.35wt％，优选0.30wt％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述料块的厚度为100～200mm，单层进物料到所述熔炼区，所述进物料的速度为8～20mm/min；优选地，所述料块的厚度为170mm，单层进料到所述熔炼区，所述进料的速度为14mm/min；优选地，所述电子束冷床炉熔炼工艺的拉锭速度为1～6mm/min，更优选地，所述电子束冷床炉熔炼工艺的拉锭速度为3mm/min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔化区设置四个第一电子枪、所述精炼区设置一个第二电子枪、所述结晶区设置两个第三电子枪；所述稳定熔炼阶段中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周武，赵统福，杜彬，陈生，李明，
申请(专利权)人：青海聚能钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：青海,63