一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法技术

本发明专利技术公开了一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：步骤1）准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；步骤2）将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；步骤3）将步骤2）中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；步骤4）将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。

A Melting Method for Super-low Gap Large Size Ingot of Nickel-Titanium Shape Memory Alloy

The invention discloses a method for melting large-sized ingots with ultra-low gap of nickel-titanium shape memory alloy, which comprises the following steps: step 1) accurately weighing the qualified raw materials, including sponge titanium and electrolytic nickel; step 2) loading the raw materials with accurate weighing into a water-cooled crucible of a vacuum intermediate frequency induction melting furnace, heating them to 1250 ~1700 (?) and maintaining them after melting. After 25 to 60 minutes refining, pouring and pouring into the casting mould, the ingot is removed from the casting mould as a primary ingot; step 3) cutting the two ends of one ingot in step 2, and then welding several ingot heads and tails to form secondary electrodes; step 4) putting the secondary electrodes into the vacuum consumable electrode arc furnace for secondary smelting, and then feeding the secondary electrodes at the end of smelting, and obtaining nickel after extraction. Titanium shape memory alloy ingot with ultra-low gap and large size.

【技术实现步骤摘要】
一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法
本专利技术属于合金铸锭熔炼
，具体涉及一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法。
技术介绍
镍钛形状记忆合金具有奇特的形状记忆效应和超弹性、优良的耐磨、耐腐蚀和阻尼性能以及良好的机械性能，其应用范围非常广泛，涉及机械、电子、化工、能源、建筑、医疗和航空航天等领域。镍钛形状记忆合金材料的制造，铸锭的获得是材料制造的第一步，铸锭成分的均匀性、尺寸大小以及成品率都是重要的研究方向。目前镍钛形状记忆合金的熔炼有两种方法：一种是通过真空中频熔炼，另一种是真空自耗电极电弧熔炼；前一种方法在成分的均匀性方面比较好，但是镍钛合金浇注后铸锭的尺寸规格较小，成品率较低，而且生产效率较低；而后一种方法能够解决大规格铸锭的问题，但镍和钛元素密度差别大，直接进行熔炼所产出的铸锭的成分均匀性较差。目前，关于镍钛形状记忆合金大规格铸锭的熔炼研究较少，大多提出的方法是增大中频感应炉的功率以及容量来实现镍钛形状记忆合金大规格铸锭的生产，但是中频感应熔炼的浇注成品率还是相对较低，而且重量相比于真空自耗电极电弧熔炼较小。因此，必须寻找一种获得成分均匀、单重大、成品率高的熔炼方法，还要使得镍钛合金的碳、氧等杂质含量做到较低的水平，满足医用镍钛材料的苛刻要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，克服了现有技术中1：真空中频熔炼使得镍钛合金浇注后铸锭的尺寸规格较小，成品率较低，而且生产效率较低；2：真空自耗电极电弧熔炼使得镍和钛元素密度差别大，直接进行熔炼所产出的铸锭的成分均匀性较差；3：镍钛合金的碳、氧等杂质含量较高，无法满足医用镍钛合金材料的苛刻要求；4：镍钛合金焊接困难、镍钛密度差别大容易出现偏析和严重影响相变温度的问题等问题。为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，包括以下步骤：步骤1)准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；步骤2)将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；步骤3)将步骤2)中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；步骤4)将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。优选的，所述步骤1)中原材料还包括其他添加元素，其中其他添加元素为铬、钴、铜、钒、铝、铁、钼、铌元素中的一种或几种，所述海绵钛为0级海绵钛，所述电解镍为1#电解镍，其中0级海绵钛的重量百分比为43.0wt.％～45.5wt.％，其中1#电解镍的重量百分比为54.5wt.％～57.0wt.％，其他元素的重量百分比为0.1wt.％～6.0wt.％。优选的，所述步骤2)中铸模的内腔形状为长方体或圆柱体，其中一次铸锭的形状为长方体或圆柱体，所述长方体一次铸锭的尺寸为200×60×1000mm，所述圆柱体一次铸锭的尺寸为Φ320×1000mm。优选的，所述步骤2)中真空中频感应熔炼炉的电压为100V～600V，电流为100A～400A，加热时间为15min～50min；在真空中频感应熔炼炉熔炼过程中，海绵钛和电解镍完全熔化成金属液体后，开始抽真空除气精炼，在电流为50A～250A，电压为50V～300V之间调节供电功率，经25min～50min后，真空保持在2Pa以下，倒出坩埚内的金属液，浇注完成后向真空中频感应熔炼炉内充氩气至压力为0.04MPa～0.08MPa，冷却50min～60min后出炉。优选的，所述步骤2)中的水冷坩埚为水冷铜坩埚，将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷铜坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，加入脱氧剂，接着保持25min～60min进行精炼。优选的，所述脱氧剂为工业纯钙颗粒。优选的，所述步骤3)包括以下步骤：步骤3-1)将一次铸锭两头进行切割后，在一次铸锭对应两端切割制成子扣和母扣，其中子扣和母扣形状相同，但开口方向相反；步骤3-2)将多个一次铸锭的头部与底部进行标记；并切除一次铸锭表面浮渣，打磨干净一次铸锭表面夹杂，清洗干净油污后进行烘干；步骤3-3)将烘干后的一个一次铸锭的头部子扣与另一个一次铸锭的底部母扣进行扣合，并采用环缝焊的方式进行氩气保护等离子焊接组成二次电极；步骤3-4)将原一次铸锭的底部作为二次电极的顶端放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼。优选的，所述子扣和母扣形状为型结构，其中型结构子扣和母扣的长边长度为80mm或133mm。优选的，所述步骤4)中二次电极剩余40kg时开始补缩，补缩时间约30min。优选的，所述步骤4)中真空自耗电极电弧熔炼炉的电极尺寸为Φ320×2180mm，坩埚尺寸为Φ360mm，真空度≤3.5×10-2Pa，电压为32V，电流为5.0KA～6.0KA。相对于现有技术，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术熔炼方法避免了镍钛合金直接焊接的问题，可以防止在二次熔炼过程中出现焊点脱落，造成“掉弹”现象；二次熔炼布料中对一次铸锭头和尾进行扣合，对接缝处点焊接后采用真空自耗电极电弧熔炼进行二次熔炼(根据一次锭形状可以选择二次熔炼坩锅为方型或圆型)，在熔炼末尾采用合理的补缩工艺来减少铸锭冒口深度，其中一次熔炼(真空中频感应熔炼炉中熔炼)减少了凝固过程中镍元素的偏析，二次熔炼可以避免二次电极的脱开造成“掉弹”现象，可以做成更大规格的铸锭，并且由于二次熔炼的电弧震动搅拌作用铸锭成分更为均匀，真空再抽气挥发作用降低熔体中碳和氧；(2)本专利技术铸锭成分更加均匀、杂质含量更低，碳和氧杂质含量降低，本专利技术熔炼的不同铸锭的相变点测试表明其铸锭不同位置和铸锭间的相变点偏差可控制在±8℃，铸锭内部更加致密、气孔更少：真空感应熔炼炉得到的铸锭在浇注过程中不可避免地会产生缩孔，当浇注温度过低时，会在钛镍合金铸锭中产生疏松或气孔存在，在后续的加工中，由于疏松和气孔的存在导致钛镍合金铸锭开裂或板材产品表面出现气泡，本专利技术熔炼的铸锭的孔隙率可达到≤0.4％；(3)本专利技术通过真空中频感应炉熔炼+真空自耗电极电弧炉熔炼的制造方法生产镍钛合金铸锭，使用的通用熔炼设备，工业生产实用性很强，并且所产出的铸锭成分均匀性好、成本低、效率高、成品率高，还有方型铸锭方便板材产品的加工，可以节省工序，提高板材加工成品率和降低总成本。附图说明图1、本专利技术切割有子扣和母扣的一次铸锭的结构示意图；图2、本专利技术二次电极的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例描述本专利技术具体实施方式：需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；步骤2）将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；步骤3）将步骤2）中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；步骤4）将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。

【技术特征摘要】
1.一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）准确称量经过检验合格的原材料，其中原材料为海绵钛和电解镍；步骤2）将称量准确的原材料装入真空中频感应熔炼炉的水冷坩埚中，加热到1250℃～1700℃之间，熔化完后保持25min～60min进行精炼，接着浇注入铸模中，从铸模中取下即为一次铸锭；步骤3）将步骤2）中的一次铸锭两头进行切割，再将多个一次铸锭头尾焊接组成二次电极；步骤4）将二次电极放入真空自耗电极电弧熔炼炉进行二次熔炼，在熔炼最后进行补缩，取出后得到镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭。2.根据权利要求1所述的一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，其特征在于：所述步骤1）中原材料还包括其他添加元素，其中其他添加元素为铬、钴、铜、钒、铝、铁、钼、铌元素中的一种或几种，所述海绵钛为0级海绵钛，所述电解镍为1#电解镍，其中0级海绵钛的重量百分比为43.0wt.%~45.5wt.%，其中1#电解镍的重量百分比为54.5wt.%~57.0wt.%，其他元素的重量百分比为0.1wt.%～6.0wt.%。3.根据权利要求1所述的一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，其特征在于：所述步骤2）中铸模的内腔形状为长方体或圆柱体，其中一次铸锭的形状为长方体或圆柱体，所述长方体一次铸锭的尺寸为200×60×1000mm，所述圆柱体一次铸锭的尺寸为Φ320×1000mm。4.根据权利要求1所述的一种镍钛形状记忆合金超低间隙大规格铸锭熔炼方法，其特征在于：所述步骤2）中真空中频感应熔炼炉的电压为100V~600V，电流为100A~400A，加热时间为15min~50min；在真空中频感应熔炼炉熔炼过程中，海绵钛和电解镍完全熔化成金属液体后，开始抽真空除气精炼，在电流为50A~250A，电压为50V~300V之间调节供电功率，经25min~50min后，真空保持在2Pa以下，倒出坩埚内的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁振伟，
申请(专利权)人：西安华创新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61