本发明专利技术公开一种用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭的制备方法，属于钛合金熔炼技术领域。本发明专利技术所述方法以海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料，按照元素质量比Ti：Al：V=87~89%：7.5~8.5%：3.5~4.5%进行称取配料，然后进行混料、压块、烘干、焊电极等过程后通过真空自耗电弧法实现原料合金化，再利用电子束冷床熔炼法制备出可用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭。采用该方法不仅能够制备出成分组织均匀、无高低密度夹杂的高品质TC4钛合金铸锭，而且利用该铸锭直接制造的TC4钛合金无缝管力学性能优异，同时明显缩短其制造工艺流程、提高成材率、显著降低生产成本。
Preparation of TC4 Titanium Alloy Ingot for Direct Manufacturing of Seamless Tubes
【技术实现步骤摘要】
一种用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭的制备方法
本专利技术涉及一种用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭的制备方法，属于钛合金熔炼
技术介绍
TC4(Ti-6Al-4V)合金是一种α+β双相钛合金，将其制造成钛合金无缝管，相比传统钢管、不锈钢管、铜合金管等具有密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、可焊等优良的综合性能，在航空航天、海洋工程、化工、汽车、电力和船舶等诸多领域有广泛的应用前景。目前TC4钛合金无缝管的传统制造工艺是先采用真空自耗电弧炉熔炼出合金铸锭，锻压后进行钻孔挤压或斜轧穿孔，再通过轧制、拉拔、旋压等方法制备出不同规格和用途的成品管材，其存在工艺流程长、成材率低、难以获得超长管材等缺点，导致管材成本居高不下，应用受到极大限制。利用TC4钛合金铸锭无需锻造过程，直接制造无缝管可以明显缩短工艺流程和提高成材率，显著降低生产成本。但传统真空自耗电弧法熔炼的TC4钛合金铸锭存在成分和组织不均匀、高低密度夹杂难以去除等缺点，往往需要2~3次重熔和必需进行锻压加工来解决上述存在的问题，无法实现铸锭直接制造钛合金无缝管。单次电子束冷床熔炼技术制备TC4钛合金铸锭具有品质高和直接制造无缝管的能力，但目前的技术大都采用海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料进行混料、压块、烘干后直接熔炼，其存在原料混合不均匀、铝元素在高温高真空下挥发无规律等缺点，导致熔炼的铸锭成分和组织不均匀，难以满足铸锭直接制造无缝管的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭的制备方法，通过先将原料均匀合金化，再进行电子束冷床熔炼，制备出成分组织均匀、无高低密度夹杂的高品质TC4钛合金铸锭，实现超长TC4钛合金无缝管的直接制造，缩短制造工艺流程、提高成材率、显著降低生产成本。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭的制备方法，具体包括以下步骤：（1）以海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料，按照元素质量分数Ti为87~89%、Al为7.5~8.5%、V为3.5~4.5%的比例进行配料。（2）将步骤（1）称取的原料混合均匀后进行压块、烘干，烘干后采用真空等离子焊接方法制备成电极。（3）将步骤（2）得到的电极放入真空自耗电弧炉中熔炼使原料合金化，熔炼过程中，真空度为0.1Pa~0.5Pa，熔炼电流为14~16KA，电压31~33V，稳弧电流为直流18~20KA，熔炼速度为6~8kg/min。（4）将步骤（3）得到的原料合金经表面扒皮处理后放入电子束冷床炉进行熔炼，熔炼过程中，真空度为0.1~0.5Pa，熔炼速度为300~400kg/h，熔炼拉锭速度为11~15mm/min，熔炼完成待铸锭冷却4~5h后即获得可用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭。所述步骤（1）中海绵钛等级为0级，Ti含量≥99.7%；铝钒中间合金中V元素含量为50%~60%，杂质元素含量≤0.8%，余量为Al元素；Al豆的纯度≥99.8%。所述步骤（1）中海绵钛粒度为8~13mm；铝钒中间合金粒度为5~10mm；Al豆粒度为15~20mm。本专利技术的有益效果：本专利技术充分利用电子束冷床熔炼TC4钛合金铸锭的优点，通过先将原料均匀合金化，再进行电子束冷床熔炼的新工艺方法，不仅能够制备出成分组织均匀、无高低密度夹杂的高品质TC4钛合金铸锭，而且利用该铸锭直接制造的TC4钛合金无缝管力学性能优异，同时缩短其制造工艺流程和提高成材率；本专利技术工艺简单、操作方便、能够显著降低TC4钛合金无缝管生产成本，推动其大规模应用，具有明显的市场应用前景。附图说明图1为实施例1制备的TC4钛合金铸锭的X射线衍射图谱。图2为实施例1制备的TC4钛合金铸锭的光学显微组织形貌。图3为实施例1制备的TC4钛合金铸锭获得的无缝管的拉伸应力应变曲线。图4为实施例2制备的TC4钛合金铸锭获得的无缝管的拉伸应力应变曲线。图5为实施例3制备的TC4钛合金铸锭获得的无缝管的拉伸应力应变曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1（1）以海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料，按照元素质量分数Ti、Al、V分别为88%、8%、4%的比例进行配料；海绵钛粒度为9~11mm；铝钒中间合金粒度为7~9mm；Al豆粒度为16~18mm。（2）将步骤（1）称取的原料混合均匀后进行压块、烘干，烘干后采用真空等离子焊接方法制备成电极。（3）将步骤（2）得到的电极放入真空自耗电弧炉中熔炼使原料合金化，熔炼过程中，真空度为0.1Pa~0.5Pa，熔炼电流为14KA，电压31V，稳弧电流为直流18KA，熔炼速度为6kg/min。（4）将步骤（3）得到的原料合金经表面扒皮处理后放入电子束冷床炉进行熔炼，熔炼过程中真空度为0.1Pa~0.5Pa，熔炼速度为300kg/h，熔炼拉锭速度为11mm/min。（5）对（4）得到TC4钛合金铸锭光表面后沿着铸锭纵向在每隔相同距离进行取样检测其成分，样品依次标号1.2.3……，其化学成分见表1，可见其满足国标GB/T3620.1-2016的要求。测完成分后，用两辊锥形斜轧穿孔机进行穿孔获得TC4钛合金无缝管，沿着无缝管的纵向每隔相同的距离切取3个拉伸试样，各项指标取均值，管材的Rp=912.3MPa、Rp0.2=833.7Mpa、A%=10.5%。其力学性能与传统方法生产的无缝管力学性能接近。表1本专利技术制备的TC4钛合金铸锭化学成分及国标要求（质量分数，%）。实施例2（1）以海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料，按照元素质量分数Ti、Al、V分别为88%、8%、4%的比例进行配料；海绵钛粒度为10~13mm；铝钒中间合金粒度为8~10mm；Al豆粒度为18~20mm。（2）将步骤（1）称取的原料混合均匀后进行压块、烘干，烘干后采用真空等离子焊接方法制备成电极。（3）将步骤（2）得到的电极放入真空自耗电弧炉中熔炼使原料合金化，熔炼过程中，真空度为0.1Pa~0.5Pa，熔炼电流为16KA，电压33V，稳弧电流为直流19KA，熔炼速度为8kg/min。（4）将步骤（3）得到的原料合金经表面扒皮处理后放入电子束冷床炉进行熔炼，熔炼过程中，真空度为0.1Pa~0.5Pa，熔炼速度为360kg/h，熔炼拉锭速度为13mm/min。（5）对（4）得到TC4钛合金铸锭车光表面后沿着铸锭纵向在每隔相同距离进行取样检测其成分，样品依次标号1.2.3……，其化学见表2，可见其满足国标GB/T3620.1-2016的要求。测完成分后，用两辊锥形斜轧穿孔机进行穿孔获得TC4钛合金无缝管，沿着无缝管的纵向每隔相同的距离切取3个拉伸试样，各项指标取均值，管材的Rp=914.6MPa、Rp0.2=839.3Mpa、A%=11.3%。表2本专利技术制备的TC4钛合金铸锭化学成分及国标要求（质量分数，%）。实施例3（1）以海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料，按照元素质量分数Ti、Al、V分别为88%、8%、4%的比例进行配料；海绵钛粒度为8~10mm；铝钒中间合金粒度为5~6mm；Al豆粒度为15~17mm。（2）将步骤（1）称取的原料混合均匀后进行压块、烘干，烘干后采用真空等离子焊接方法制备成电极。（3）将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）以海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料，按元素所需比例进行配料；（2）将步骤（1）称取的原料混合均匀后进行压块、烘干，烘干后采用真空等离子焊接方法制备成电极；（3）将步骤（2）得到的电极放入真空自耗电弧炉中熔炼使原料合金化，熔炼过程中，真空度为0.1Pa~0.5Pa，熔炼电流为14~16KA，电压31~33V，稳弧电流为直流18~20KA，熔炼速度为6~8kg/min；（4）将步骤（3）得到的原料合金经表面扒皮处理后放入电子束冷床炉进行熔炼，熔炼过程中，真空度为0.1~0.5Pa，熔炼速度为300~400kg/h，熔炼拉锭速度为11~15mm/min，熔炼完成待铸锭冷却4~5h后即获得可用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭。
【技术特征摘要】
1.一种用于直接制造无缝管的TC4钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）以海绵钛、铝钒中间合金和铝豆为原料，按元素所需比例进行配料；（2）将步骤（1）称取的原料混合均匀后进行压块、烘干，烘干后采用真空等离子焊接方法制备成电极；（3）将步骤（2）得到的电极放入真空自耗电弧炉中熔炼使原料合金化，熔炼过程中，真空度为0.1Pa~0.5Pa，熔炼电流为14~16KA，电压31~33V，稳弧电流为直流18~20KA，熔炼速度为6~8kg/min；（4）将步骤（3）得到的原料合金经表面扒皮处理后放入电子束冷床炉进行熔炼，熔炼过程中，真空度为0.1~0.5Pa，熔炼速度为300~400kg/h，熔炼拉锭速度为11~15mm/min，熔炼完成待铸锭冷却4~5...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉勤，熊汉城，黄海广，蒋业华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。