高纯度高致密铝钛合金锭及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高纯度高致密铝钛合金锭及其制造方法，该铝钛合金锭该铝钛合金锭为铝钛15％，其中含铝83％‑86％，含钛14‑16％，含杂质不大于0.05％；是以按重量份计铝锭83份‑85份、海绵钛9.5份‑10.5份、钛销5.5份‑6.5份为原料，采用真空电渣重熔、一氧化碳除氧、电磁搅拌装置除气并均匀化、陶瓷液压系统为压力源及容器，通过内置循环水的不锈钢模具速冷、液压系统加压，快速连续铸造而成。本发明专利技术具有高纯度、高致密度、冶炼方便、一次成型的技术效果。

High Purity and High Density Aluminum-Titanium Alloy Ingot and Its Manufacturing Method

The invention discloses a high purity and high compactness Al-Ti alloy ingot and its manufacturing method. The Al-Ti alloy ingot is Al-Ti 15%, which contains Al 83%86%, Ti 14%16% and impurities less than 0.05%. The Al ingot is 83%85 by weight, sponge titanium 9.5%10.5, titanium pin 5.5%6.5 by vacuum electroslag remelting and carbon monoxide as raw materials. Deoxygenation, electromagnetic stirring device degassing and homogenization, ceramic hydraulic system as pressure source and container, through the stainless steel mold with built-in circulating water, hydraulic system pressure, rapid continuous casting. The invention has the advantages of high purity, high density, convenient smelting and one-time forming effect.

【技术实现步骤摘要】
高纯度高致密铝钛合金锭及其制造方法
本专利技术涉及中间合金冶炼领域，尤其涉及一种高纯度高致密铝钛合金锭及其制造方法。
技术介绍
铝合金由于具有优良的性能，在实际生产和生活中的各个领域得到广泛应用。铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金，变形铝合金可分为热处理强化和非热处理强化变形铝合金。铸造铝合金和非热处理强化变形铝合金要获得优异的综合力学性能，就必须得到细小均匀的等轴晶组织。铝合金的晶粒细化手段主要有三种:(1)控制金属凝固冷却速度；(2)机械物理细化法；(3)化学细化法，加入晶粒细化剂。到目前为止最有效、最简单的晶粒细化方法是向铝熔体内添加晶粒细化剂，而铝钛中间合金是最优的晶粒细化剂之一，同时还是含铝钛元素的铝合金最优的添加物。但现在市面上售卖的铝钛中间合金锭存在以下问题：1、冶炼成本高；2、单次铸造量少且随着时间延长质量波动大；3、中间合金锭成份不均匀以致称量后实际用量不准；4、结构不致密为冶炼带来过多的空气及杂物，影响冶炼效果。因此市场上需要一种高纯度、高致密度、冶炼方便、一次成型的铝钛合金锭。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术旨在提供一种高纯度、高致密度、冶炼方便、一次成型的高纯度高致密铝钛合金锭。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高纯度高致密铝钛合金锭的制造方法，包括以下步骤：1)原材料准备①原材料准备：按重量份准备纯度不低于99.95％的铝锭83份-85份、海绵钛9.5份-10.5份、钛销5.5份-6.5份；②辅材准备：准备足量一氧化碳；③设备及工装准备：内部设置有碳纤维加热系统的碳化硅陶瓷液压缸、配套在液压缸输入端的碳化硅陶瓷液压杆、连接着陶瓷液压缸输出端的碳化硅陶瓷输出管及连接着陶瓷液压杆的液压装置；设置有电磁搅拌装置的真空电渣重熔设备；足量内部设置有循环水通道的不锈钢模具；2)金属液获取及纯化①将1)中步骤①准备的原铝锭放入阶段1)步骤③准备的真空电渣重熔设备，在真空度10-4Pa-10-2Pa的环境内加热至铝锭完全熔化，然后持续升温，当温度升至775℃-785℃时加入将1)中步骤①准备的海绵钛，当温度升至980℃-1020℃时加入将1)中步骤①准备的钛销，然后保温2h-2.5h，预制金属熔池；②在步骤①获得的金属熔池中通入阶段1)步骤②准备的一氧化碳至金属熔池重量稳定后，通过渣池滤过浮渣并通过电磁搅拌装置进行除气与均匀化处理，获得熔炼完成的母合金液；③将步骤②获得的母合金液注入阶段1)步骤③准备的碳化硅陶瓷液压缸中，获得待取理金属液；3)连续铸造及冷却①以阶段2)获得的金属液为液体介质，以阶段1)步骤③准备的碳化硅陶瓷液压缸、碳化硅陶瓷液压杆、碳化硅陶瓷输出管为注铸系统，以阶段1)步骤③准备的液压装置为注铸动力输出装置，通过陶瓷液压缸中的碳纤维加热系统保持母合金液温度，以12MPa-15MPa的输出压力将金属液注入阶段1)步骤③准备的不锈钢模具中，输出管出口端初始时置于距不锈钢模具底部2cm-3cm处，以不锈钢模具底部至顶部开口端距离d计，在保持输出压力的情况下输出金属液30s-40s后输出管以0.2d/min的速率逐渐远离不锈钢模具底部直至到达冒口，维持压力，在输出管从不锈钢模具底部开始位移时启动不锈钢模具中的循环水，至不锈钢模具中的金属液由外及内逐渐冷却至冒口附近，将输出管撤出至下一个不锈钢模具低部，将已冷却的金属块从模具中脱模取出，获得铝钛合金铸锭；②连续循环步骤①至金属液注铸完毕，即获得所需高纯度高致密铝钛合金锭。上述的高纯度高致密铝钛合金锭的制造方法中，所述钛销为回收废弃钛销。上述的高纯度高致密铝钛合金锭的制造方法中，所述通过电磁搅拌装置进行除气与均匀化处理具体为采用50rpm/min-60rpm/min的速率搅拌8min-10min。采用上述方法制造的高纯度高致密铝钛合金锭，该铝钛合金锭为铝钛15％，其中含铝83％-85％，含钛14.95％-17％，含杂质不大于0.05％。与现有技术相比较，由于采用了上述技术方案，本专利技术具有以下优点：(1)由于合金熔炼时便采用了真空感应熔炼工艺，真空环境中的低气体压力使冶炼的物理过程发生了改变，有利于气体的脱出，在真空条件下，物质的物理性质会发生改变，沸腾温度会降低；真空条件下，金属熔化时原来夹杂在金属中的气体放出后能很快离开金属熔液被真空泵抽走。原来金属与气体生成的化合物，在熔炼过程中分解放出的气体也很快被真空泵抽走，而本专利技术使用一氧化碳将母合金液中最多的杂质——氧还原后形成二氧化碳后被真空泵抽走，大大降低了母合金液中的杂质含量；在真空条件下，温度、粘度、透气性都有改变，随冶炼温度的升高，金属的湿含量降低、粘度降低、透气性变好，使得熔炼过程中气体夹杂物减少，更容易脱气；同时金属在真空中精炼不会形成气孔或中间夹杂；金属杂质或氧化物在真空中形成气体之后其分子直径很小且分散性好，因此在真空中多原子分子倾向于分解成较少原子组成的分子，形成的气体分子很小，粒径一般在1-10nm，容易被真空系统抽走；因此采用真空感应熔炼炉进行的原始熔炼使得母合金内杂质及含气量达到极低的水平，母合金纯净度高。(2)由于是采用的陶瓷液压缸作为容器且该容器壁内还设置有碳纤维加热系统，可以持续保持金属液的液化状态，且不会有新的铁元素及铸铁内含杂质元素进入合金，也保证了母合金的纯净度；由于是与铸造用模具无缝连接，母合金液采用下出口流出，所以整个过程中基本不会发生二次氧化的现象，即使有氧化的部分也随着金属液的浮高漂于金属液表面直至冒口而不会影响铸锭的绩效度，再次保证了母合金的纯净度；综上，合金的纯净度得到了最大限度的保障。(3)由于采用了电磁搅拌设备，使熔炼过程中的金属液在真空环境下不断不定向流动，既提高了杂质及气体的排出、上升比例，又均匀化了成份，使母合金液更加均匀，为后续的冶炼打好了基础。(4)由于采用了专用的陶瓷液压装置，使得金属属注入压力更高，配合使金属液速冷的模具内循环水，使得最终获得的合金锭致密化程度更高、更细、更均匀，同时，无论过饱合度多高，此时也已完全均匀化，不会出现因为成份不均匀而致使用性能不均匀的影响。高的压力、纯净的金属液、不会增加杂化合金元素的陶瓷容器综合作用，提升了合金的致密程度，进一步降低了气含量，同时也使合金锭的各向异性好，随炉冷却的过程更使得内应力分配均匀，在使用时便不会对形核的均匀性造成影响；由于全程均采用高效设备进行控制，因此本冶金方法易于控制、质量稳定，由于陶瓷液压缸内的金属液可以通过加热的液压杆的移动时刻保持温度和致密性，因而可以轻易实现大批量连续铸造，彻底克服了铝钛中间合金锭铸造成本高、单次获得量小的技术难点。因此本专利技术具有高纯度、高致密度、冶炼方便、一次成型的特性，有着极好的工业化生产适应性。具体实施方式实施例1：一种高纯度高致密铝钛合金锭，该铝钛合金锭为铝钛15％，其中含铝83％，含钛15.97％，含杂质0.03％。上述高纯度高致密铝钛合金锭的制造方法，包括以下步骤：1)原材料准备①原材料准备：按重量份准备纯度不低于99.95％的铝锭830Kg、海绵钛105Kg、回收废弃钛销65Kg；②辅材准备：准备足量一氧化碳；③设备及工装准备：内部设置有碳纤维加热系统的碳化硅陶瓷液压缸、配套在液压缸输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯度高致密铝钛合金锭的制造方法，其特征在于包括以下步骤：1)原材料准备①原材料准备：按重量份准备纯度不低于99.95％的铝锭83份‑85份、海绵钛9.5份‑10.5份、钛销5.5份‑6.5份；②辅材准备：准备足量一氧化碳；③设备及工装准备：内部设置有碳纤维加热系统的碳化硅陶瓷液压缸、配套在液压缸输入端的碳化硅陶瓷液压杆、连接着陶瓷液压缸输出端的碳化硅陶瓷输出管及连接着陶瓷液压杆的液压装置；设置有电磁搅拌装置的真空电渣重熔设备；足量内部设置有循环水通道的不锈钢模具；2)金属液获取及纯化①将1)中步骤①准备的原铝锭放入阶段1)步骤③准备的真空电渣重熔设备，在真空度10

【技术特征摘要】
1.一种高纯度高致密铝钛合金锭的制造方法，其特征在于包括以下步骤：1)原材料准备①原材料准备：按重量份准备纯度不低于99.95％的铝锭83份-85份、海绵钛9.5份-10.5份、钛销5.5份-6.5份；②辅材准备：准备足量一氧化碳；③设备及工装准备：内部设置有碳纤维加热系统的碳化硅陶瓷液压缸、配套在液压缸输入端的碳化硅陶瓷液压杆、连接着陶瓷液压缸输出端的碳化硅陶瓷输出管及连接着陶瓷液压杆的液压装置；设置有电磁搅拌装置的真空电渣重熔设备；足量内部设置有循环水通道的不锈钢模具；2)金属液获取及纯化①将1)中步骤①准备的原铝锭放入阶段1)步骤③准备的真空电渣重熔设备，在真空度10-4Pa-10-2Pa的环境内加热至铝锭完全熔化，然后持续升温，当温度升至775℃-785℃时加入将1)中步骤①准备的海绵钛，当温度升至980℃-1020℃时加入将1)中步骤①准备的钛销，然后保温2h-2.5h，预制金属熔池；②在步骤①获得的金属熔池中通入阶段1)步骤②准备的一氧化碳至金属熔池重量稳定后，通过渣池滤过浮渣并通过电磁搅拌装置进行除气与均匀化处理，获得熔炼完成的母合金液；③将步骤②获得的母合金液注入阶段1)步骤③准备的碳化硅陶瓷液压缸中，获得待取理金属液；3)连续铸造及冷却①以阶段2)获得的金属液为液体介质，以阶段1)步骤③准备的碳化硅陶瓷液压缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢石华，
申请(专利权)人：江苏华企铝业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32