一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，包括以下步骤：1)制备电极块；2)电极块的焊接：将电极块焊接中辅助电极上；3)熔炼：将熔炼电极放进真空自耗电弧炉中进行至少两次熔炼；4)棒材的加工：铸锭的加工采用线切割出棒坯，然后再用普通车床加工成棒材。本发明专利技术解决了现有TiAl棒材的制备方法造成棒材疏松、空洞等技术问题，采用本发明专利技术所提供的制备技术，能够控制关键工艺参数，达到合金元素含量准确、均匀的同时，还能控制杂质元素的含量具有较低含量。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法
本专利技术涉及一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法。
技术介绍
TiAl基合金铸锭熔炼工艺的关键是如何保证合金成分准确、合金元素分布均匀及高的合金纯净度。TiAl基合金中一般都含有Nb和Al两种元素，Nb元素的密度是8.57g/cm3，熔点2468℃，而Al元素的密度是2.7g/cm3，熔点660℃，二者密度相差将近三倍，熔点相差近1800℃。采用真空自耗熔炼设备熔炼时，密度大、熔点高的Nb元素容易偏聚，形成Nb元素偏析；而低密度、低熔点的Al元素在真空熔炼时则烧损、挥发严重，很难保证合金成分的准确性和均匀性。此外，多次重熔过程中，还会增加气体和其他杂质的含量，特别是间隙元素O、N、H的含量，从而造成疏松、孔洞等缺陷，为后续热加工带来很大的困难。
技术实现思路
为了解决现有的TiAl棒材的制备方法造成疏松、空洞等技术问题，本专利技术提供一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，通过本专利技术采取的制备技术，控制关键工艺参数，达到合金元素含量准确、均匀的同时，还能控制杂质元素的含量具有较低含量。本专利技术的技术解决方案：一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)制备电极块：1.1)根据模具的大小及TiAl棒材中各种物质的含量计算每块电极块所需的材料质量，并按照计算结果称取海绵钛、中间合金、铝豆、铝箔和单质金属；1.2)使用铝箔将中间元素及单质金属包成中间合金包；1.3)取一部分的海绵钛，铺在压力模具上形成底层海绵钛层；1.4)将步骤1.2)包好的中间合金包放入模具中的底层海绵钛层上，然后再将剩余的海绵钛铺设在中间合金包上；1.5)压制成电极块；2)电极块的焊接：将电极块焊接中辅助电极上2.1)按照公式(1)、公式(2)计算电极块的个数n，确定电极块的排布方式：B＝(0.2-0.5)S(1)n＝┗B/a┛(2)其中：B为电极块的总面积，S为坩埚的横截面,a为单个电极块的横截面2.2)根据熔炼电弧炉的高度，确定电极块在长度方向上的拼接个数，进行拼接；2.3)在电极块的自由端焊接辅助电极，得到熔炼电极；3)熔炼：将熔炼电极放进真空自耗电弧炉中进行至少两次熔炼熔炼前：真空度为(1.33-6.67)×10-2Pa，漏气率≤0.1Pa/(L·min)；熔炼中：调整真空自耗电弧炉的熔炼电压和熔炼电流，进行熔炼得到熔锭；熔炼电压为(20-32)V，熔炼电流为I＝1/2α·A，其中：α为系数，取值在1.0-2.5之间，电极块尺寸较小时α取值较大，反之，α取值较小；A为熔炼电极横截面面积；熔炼后：熔炼结束后铸锭在坩埚中进行水冷却，冷却水进水温度控制在(25-28)℃，冷却水出水温度控制在(28-31)℃之间，冷却水水流速度大小通过控制出水温度与进水温度差值小于3℃进行控制，冷却时间t＝k·D，其中k为冷却系数，数值位于0.25-0.5之间，当铸锭尺寸较小时，k取值较小，反之，当铸锭尺寸较大时，k取值较大；D为铸锭直径大小；出炉：当铸锭冷却结束时，将铸锭从坩埚中取出，并采用石棉进行包裹或放入温度≤400℃电炉中随炉冷却至室温；4)棒材的加工：铸锭的加工采用线切割出棒坯，然后再用普通车床加工成棒材。进一步的，所述海绵钛的粒度在(3.0-12.5)mm之间，纯度在99.90％以上，氧含量在0.04％以内。进一步的，中间合金为Al-Nb合金。进一步的，步骤1.5)具体为：在压力机上进行电极块的压制，电极块所承受的压力控制在(45-70)kN/cm2。进一步的，步骤1.3)中一部分的海绵钛为1/2的海绵钛。进一步的，步骤4)具体为：线切割的速率一般为(800-1200)mm2/h，普通车床加工的车刀材料采用CBN或陶瓷，转速控制在(150-500)r/min,粗车时进刀量为(1-8)mm，精车时进刀量为(0.01-0.5)mm。进一步的，Al-Nb合金为AlNb50、AlNb60或AlNb80。进一步的，单质金属为Cr金属单质。一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)制备电极块：1.1)根据模具的大小及TiAl棒材中各种物质的含量计算每块电极块所需的材料质量，并按照计算结果称取海绵钛、中间合金、铝豆、铝箔和单质金属；1.2)使用铝箔将中间元素及单质金属包成中间合金包；1.3)取一部分的海绵钛，铺在压力模具上形成底层海绵钛层；1.4)将步骤1.2)包好的中间合金包放入模具中的底层海绵钛层上，然后再将剩余的海绵钛铺设在中间合金包上；1.5)压制成电极块；2)电极块的焊接：将电极块焊接中辅助电极上2.1)按照公式(1)、公式(2)计算电极块的个数n，确定电极块的排布方式：B＝(0.2-0.5)S(1)n＝┗B/a┛(2)其中：B为电极块的总面积，S为坩埚的横截面,a为单个电极块的横截面2.2)根据熔炼电弧炉的高度，确定电极块在长度方向上的拼接个数，进行拼接；2.3)在电极块的自由端焊接辅助电极，得到铸锭中间体；3)熔炼：将铸锭中间体放进真空自耗电弧炉中进行两次熔炼3.1)一次熔炼：熔炼前调整真空度小于等于1.33×10-2Pa，漏气率≤0.1Pa/(L·min)；熔炼中调整真空自耗电弧炉的熔炼电压和熔炼电流，进行熔炼得到一次熔锭；熔炼电压为(20-25)V，熔炼电流为(1.0-2.5)KA，起弧电流(1-1.5)KA,稳弧电流1.5A，熔炼真空小于等于6.67×10-2Pa；熔炼结束后铸锭在坩埚中进行水冷却，冷却水进水温度控制在小于等于25℃，冷却水出水温度小于等于30℃之间，冷却时间大于等于20min；出炉：当铸锭冷却结束时，将铸锭从坩埚中取出，更换尺寸合适的坩埚并焊接，开始二次熔炼；3.2)二次熔炼：熔炼前调整真空度小于等于1.33×10-2Pa，漏气率≤0.1Pa/(L·min)；熔炼中调整真空自耗电弧炉的熔炼电压和熔炼电流，进行熔炼得到二次熔锭；熔炼电压为(22-28)V，熔炼电流为(2.0-4.0)KA，起弧电流2.4KA,稳弧电流1.5A，熔炼真空小于等于6.67×10-1Pa；熔炼结束后铸锭在坩埚中进行水冷却，冷却水进水温度控制在小于等于25℃，冷却水出水温度小于等于30℃之间，冷却时间大于等于50min；出炉：当铸锭冷却结束时，将铸锭从坩埚中取出，采用石棉进行包裹或放入温度≤400℃电炉中随炉冷却至室温；4)棒材的加工：铸锭的加工采用线切割出棒坯，然后再用普通车床加工成棒材。一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)制备电极块：1.1)根据模具的大小及TiAl棒材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)制备电极块：/n1.1)根据模具的大小及TiAl棒材中各种物质的含量计算每块电极块所需的材料质量，并按照计算结果称取海绵钛、中间合金、铝豆、铝箔和单质金属；/n1.2)使用铝箔将中间元素及单质金属包成中间合金包；/n1.3)取一部分的海绵钛，铺在压力模具上形成底层海绵钛层；/n1.4)将步骤1.2)包好的中间合金包放入模具中的底层海绵钛层上，然后再将剩余的海绵钛铺设在中间合金包上；/n1.5)压制成电极块；/n2)电极块的焊接：将电极块焊接中辅助电极上/n2.1)按照公式(1)、公式(2)计算电极块的个数n，确定电极块的排布方式：/nB＝(0.2-0.5)S (1)/nn＝┗B/a┛ (2)/n其中：B为电极块的总面积，S为坩埚的横截面,a为单个电极块的横截面；/n2.2)根据熔炼电弧炉的高度，确定电极块在长度方向上的拼接个数，进行拼接；/n2.3)在电极块的自由端焊接辅助电极，得到熔炼电极；/n3)熔炼：将熔炼电极放进真空自耗电弧炉中进行至少两次熔炼/n熔炼前：真空度为(1.33-6.67)×10...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备电极块：
1.1)根据模具的大小及TiAl棒材中各种物质的含量计算每块电极块所需的材料质量，并按照计算结果称取海绵钛、中间合金、铝豆、铝箔和单质金属；
1.2)使用铝箔将中间元素及单质金属包成中间合金包；
1.3)取一部分的海绵钛，铺在压力模具上形成底层海绵钛层；
1.4)将步骤1.2)包好的中间合金包放入模具中的底层海绵钛层上，然后再将剩余的海绵钛铺设在中间合金包上；
1.5)压制成电极块；
2)电极块的焊接：将电极块焊接中辅助电极上
2.1)按照公式(1)、公式(2)计算电极块的个数n，确定电极块的排布方式：
B＝(0.2-0.5)S(1)
n＝┗B/a┛(2)
其中：B为电极块的总面积，S为坩埚的横截面,a为单个电极块的横截面；
2.2)根据熔炼电弧炉的高度，确定电极块在长度方向上的拼接个数，进行拼接；
2.3)在电极块的自由端焊接辅助电极，得到熔炼电极；
3)熔炼：将熔炼电极放进真空自耗电弧炉中进行至少两次熔炼
熔炼前：真空度为(1.33-6.67)×10-2Pa，漏气率≤0.1Pa/(L·min)；
熔炼中：调整真空自耗电弧炉的熔炼电压和熔炼电流，进行熔炼得到熔锭；熔炼电压为(20-32)V，熔炼电流为I＝1/2α·A，其中：α为系数，取值在1.0-2.5之间，电极块尺寸较小时α取值较大，反之，α取值较小；A为熔炼电极横截面面积；
熔炼后：熔炼结束后铸锭在坩埚中进行水冷却，冷却水进水温度控制在(25-28)℃，冷却水出水温度控制在(28-31)℃之间，冷却水水流速度大小通过控制出水温度与进水温度差值小于3℃进行控制，冷却时间t＝k·D，其中k为冷却系数，数值位于0.25-0.5之间，当铸锭尺寸较小时，k取值较小，反之，当铸锭尺寸较大时，k取值较大；D为铸锭直径大小；
出炉：当铸锭冷却结束时，将铸锭从坩埚中取出，并采用石棉进行包裹或放入温度≤400℃电炉中随炉冷却至室温；
4)棒材的加工：铸锭的加工采用线切割出棒坯，然后再用普通车床加工成棒材。


2.根据权利要求1所述的3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于：所述海绵钛的粒度在(3.0-12.5)mm之间，纯度在99.90％以上，氧含量在0.04％以内。


3.根据权利要求1所述的3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于：中间合金为Al-Nb合金。


4.根据权利要求1所述的3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于：步骤1.5)具体为：在压力机上进行电极块的压制，电极块所承受的压力控制在(45-70)kN/cm2。


5.根据权利要求1所述的3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于：步骤1.3)中一部分的海绵钛为1/2的海绵钛。


6.根据权利要求1所述的3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于：步骤4)具体为：
线切割的速率一般为(800-1200)mm2/h，普通车床加工的车刀材料采用CBN或陶瓷，转速控制在(150-500)r/min,粗车时进刀量为(1-8)mm，精车时进刀量为(0.01-0.5)mm。


7.根据权利要求3所述的3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于：Al-Nb合金为AlNb50、AlNb60或AlNb80。


8.根据权利要求1所述的3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于：单质金属为Cr金属单质。


9.一种3D打印制粉用TiAl棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备电极块：
1.1)根据模具的大小及TiAl棒材中各种物质的含量计算每块电极块所需的材料质量，并按照计算结果称取海绵钛、中间合金、铝豆、铝箔和单质金属；
1.2)使用铝箔将中间元素及单质金属包成中间合金包；
1.3)取一部分的海绵钛，铺在压力模具上形成底层海绵钛层；
1.4)将步骤1.2)包好的中间合金包放入模具中的底层海绵钛层上，然后再将剩余的海绵钛铺设在中间合金包上；
1.5)压制成电极块；
2)电极块的焊接：将电极块焊接中辅助电极上
2.1)按照公式(1)、公式(2)计算电极块的个数n，确定电极块的排布方式：
B＝(0.2-0.5)S(1)
n＝┗B/a┛(2)
其中：B为电极块的总面积，S为坩埚的横截面,a为单个电极块的横截面；
2.2)根据熔炼电弧炉的高度，确定电极块在长度方向上的拼接个数，进行拼接；
2.3)在电极块的自由端焊接辅助电极，得到铸锭中间体；
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐广胜，张战英，李云，刘振华，高文强，王一龙，
申请(专利权)人：陕西工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61