一种钛青铜合金铸锭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛青铜合金铸锭的制备方法，使用真空熔炼、半连续铸造制备钛青铜合金铸锭，且真空熔炼、半连续铸造过程中均采用电磁搅拌辅助生产，其中，真空熔炼过程中，真空度控制在10

【技术实现步骤摘要】
一种钛青铜合金铸锭的制备方法
本专利技术属于有色金属加工领域，具体是一种钛青铜合金铸锭的制备方法。
技术介绍
铜合金因其优秀的导电、导热性能在工程上获得了十分广泛的应用。其中高强弹性铜合金由于其同时具有的弹性性能常用于制造各种领域的导电弹性元件，如电子、通信、汽车、医疗、航天航空等领域。随着技术的不断发展，高强弹性铜合金的用途和工况也逐渐复杂多样化，市场对其综合性能的需求也越来越高；除弹性性能外，衍生出了包括耐磨、耐蚀性、抗高温软化性等性能的要求。铍青铜作为高强弹性铜合金的代表，具有包括导电、强度、耐蚀、耐磨在内的优秀综合性能，因此被应用于各种领域。但是，铍青铜同时也存在着严重的缺陷，首先铍青铜无法在较高温度下使用，当在高于200℃的工况下使用时，其强度、弹性急剧降低，应力松弛率高达40％以上；其次铍青铜含有的铍在生产和使用过程可能会危害人体健康，造成环境污染；再次铍青铜的生产工艺流程长且复杂、能耗很高，从而导致总体生产成本较高。为此，国内外研究者在铍青铜替代合金的研发方面做出了很多努力，铜镍硅合金、钛青铜合金等就是在此背景下诞生的。作为能够取代铍青铜的材料，钛青铜合金具有与铍青铜同样的高强度、硬度、弹性，良好的耐磨性、耐蚀性、可焊性，而且高温性能优于铍青铜，因而受到了广泛的关注。钛青铜合金中含有一定量的Ti，在高温熔铸的过程中，空气中的元素会向熔体中扩散，引起Ti的大量损失，并形成影响材料性能的化合物和气孔等缺陷，因此通常钛青铜合金的熔铸都是在真空环境下进行的。在钛青铜合金的熔铸过程中，不同元素由于凝固过程的扩散作用，成分分布往往会出现不均匀的现象，这是合金熔体凝固过程中因为溶质再分配而产生的必然现象。这种溶质分布不均匀的偏析会严重影响铸锭后续的生产流程和最终产品的综合性能，进而影响合金应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种钛青铜合金铸锭的制备方法，通过优化的制备工艺，控制钛青铜合金的宏观偏析倾向，钛青铜合金铸锭的宏观偏析率控制达到8％以下，成品带材横截面的维氏硬度的离散系数不超过7％，明显提高了钛青铜合金铸锭的综合性能，同时降低了钛青铜合金铸锭的生产成本，为钛青铜合金产品提供了良好的应用前景。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钛青铜合金铸锭的制备方法，使用真空熔炼、半连续铸造制备钛青铜合金铸锭，且真空熔炼、半连续铸造过程中均采用电磁搅拌辅助生产，其中，真空熔炼过程中，真空度控制在10-3～10Pa，真空熔炼温度控制在1100～1400℃；半连续铸造过程中，拉铸温度控制在1000～1200℃，拉铸速度控制在20～120mm/min。钛青铜合金铸锭宏观偏析形成的本质是熔体凝固过程中固液相发生的对流，为解决这一问题，现有技术中通常从降低熔体的过热度、提高熔体的流动性等方面入手然而这类方法无法完全消除宏观偏析。针对不同类型的宏观偏析，本专利技术采取真空熔炼和半连续铸造过程中均采用电磁搅拌辅助生产的方式，通过多重组合搅拌的协同作用提高铸锭的成分均匀性，降低宏观偏析，由此得到低宏观偏析、成分分布均匀的钛青铜合金铸锭，以从源头上降低后续成品的宏观偏析倾向，最终获得性能均匀的产品。本专利技术钛青铜合金铸锭的制备方法，采用结合电磁搅拌的真空熔炼工艺，熔炼过程在真空中频感应炉中进行，真空度控制在10-3～10Pa，真空熔炼温度控制在1100～1400℃。随真空度的增加，熔炼环境中的氧、氮含量降低，若真空度低于10-3～10Pa，熔炼环境的氧、氮含量降低不明显；若真空度高于10-3～10Pa，则熔体中Ti的烧损严重，合金强度和弹性都随之降低。真空熔炼温度若低于1100℃，不利于合金元素的熔解和气体、夹杂物的排出，增加铸锭偏析和缺陷的产生倾向；真空熔炼温度若高于1400℃，则会导致合金元素的过量烧损，造成不必要的能源浪费。本专利技术钛青铜合金铸锭的制备方法，采用结合电磁搅拌的半连续铸造工艺，半连续铸造过程中，拉铸温度控制在1000～1200℃，拉铸速度控制在20～120mm/min，可降低金属液的过热度、缩短凝固时间、增加细晶率、减少铸锭的中心偏析以及其他铸造缺陷。真空熔炼过程中，由于电磁搅拌的作用，熔体流速增加，熔体对流加剧，可促进熔池热交换作用，加快热量在径向上的传导，使熔体的最高温度下降。而制备的铸锭的偏析与温度梯度曲线的弯曲幅度成正比，因而最终铸锭的偏析显示出明显的降低趋势，铸锭整体成分和性能的均匀性得到提高。真空熔炼过程中电磁搅拌的强度可以用中心的磁感应强度来衡量，而磁感应强度与搅拌电流成正比，与搅拌频率成反比，只有这些搅拌参数达到一定要求时才能取得较好的搅拌效果，本申请专利技术人经过反复深入试验研究确定，作为优选，真空熔炼过程中，采用的电磁搅拌的搅拌电流控制在5000～15000A，搅拌频率控制在10～60Hz，搅拌电流的方向为单一方向。作为优选，半连续铸造过程中，采用结晶器电磁搅拌和/或凝固末端电磁搅拌的方式，其中，结晶器电磁搅拌针对结晶器区域，结晶器电磁搅拌的搅拌电流控制在50～300A，搅拌频率控制在5～40Hz，搅拌电流的方向采用正反向循环交替；凝固末端电磁搅拌针对铸坯未完全凝固区域，凝固末端电磁搅拌的搅拌电流控制在50～300A，搅拌频率控制在10～40Hz，搅拌电流的方向为单一方向。配合结晶器电磁搅拌和/或凝固末端电磁搅拌的搅拌电流、搅拌频率及搅拌电流的方向控制，可有效细化晶粒，降低铸锭的中心偏析，提高铸锭质量。结晶器电磁搅拌拌针对结晶器区域。本专利技术制备方法中，将结晶器电磁搅拌的搅拌电流控制在50～300A，搅拌频率控制在5～40Hz，将搅拌电流的方向调整为正反向循环交替模式，可使铸锭中心区域的偏析率明显降低，整体偏析率变化曲线趋于平缓，宏观偏析情况得到明显改善，起到优化铸锭内部组织结构、改善铸锭内部质量的作用。原因在于，本申请专利技术人发现，结晶器区域的熔体在磁场作用下沿单一方向旋转时，会在固液界面上形成稳定的边界层，且单一方向的电磁搅拌时间越长，边界层的厚度越厚。而当熔体流速放缓并沿反向旋转时，固液界面上将重新产生新的稳定的边界层，在搅拌电流的方向正反向循环交替过程中，熔体因受到强烈的搅动而形成紊流，同时对固液界面处的液态合金产生大的剪切力，从而产生均匀熔体、细化晶粒的作用。此外，在适当的电磁推力作用下搅动熔体，有利于熔体进行二次结晶，细化晶粒、增加晶界的结合强度，同时可在最大程度上改善铸锭内裂、中心缺陷、偏析的倾向。凝固末端电磁搅拌针对铸坯未完全凝固区域。单独采用凝固末端电磁搅拌能够抑制晶粒的生长，但并不一定总能改善铸锭宏观偏析情况，有时反而会加重铸锭中心区域的偏析率。因此，优选的方式是将结晶器电磁搅拌与凝固末端电磁搅拌相结合。使用凝固末端电磁搅拌时，适当调整结晶器电磁搅拌的搅拌频率，可以促进液相的流动，但凝固末端电磁搅拌的搅拌频率不宜太低，否则易增加边缘偏析的倾向。本申请中，优选的凝固末端电磁搅拌的搅拌电流控制在50～300A，搅拌频率控制在10～40Hz，搅拌电流的方向为单一方向。末端电磁搅拌通常设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛青铜合金铸锭的制备方法，其特征在于，使用真空熔炼、半连续铸造制备钛青铜合金铸锭，且真空熔炼、半连续铸造过程中均采用电磁搅拌辅助生产，其中，真空熔炼过程中，真空度控制在10

【技术特征摘要】
1.一种钛青铜合金铸锭的制备方法，其特征在于，使用真空熔炼、半连续铸造制备钛青铜合金铸锭，且真空熔炼、半连续铸造过程中均采用电磁搅拌辅助生产，其中，真空熔炼过程中，真空度控制在10-3～10Pa，真空熔炼温度控制在1100～1400℃；半连续铸造过程中，拉铸温度控制在1000～1200℃，拉铸速度控制在20～120mm/min。


2.根据权利要求1所述的一种钛青铜合金铸锭的制备方法，其特征在于，真空熔炼过程中，采用的电磁搅拌的搅拌电流控制在5000～15000A，搅拌频率控制在10～60Hz，搅拌电流的方向为单一方向。


3.根据权利要求1所述的一种钛青铜合金铸锭的制备方法，其特征在于，半连续铸造过程中，采用结晶器电磁搅拌和/或凝固末端电磁搅拌的方式，其中，结晶器电磁搅拌针对结晶器区域，结晶器电磁搅拌的搅拌电流控制在50～300A，搅拌频率控制在5～40Hz，搅拌电流的方向采用正反向循环交替；凝固末端电磁搅拌针对铸坯未完全凝固区域，凝固末端电磁搅拌的搅拌电流控制在50～300A，搅拌频率控制在10～40Hz，搅拌电流的方向为单一方向。


4.根据权利要求3所述的一种钛青铜合金铸锭的制备方法，其特征在于，铸坯未完全凝固区域的未凝固率为20～30％。


5.根据权利要求3所述的一种钛青铜合金铸锭的制备方法，其特征在于，结晶器电磁搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轩，支月鹏，杨谏，武博，张镇凯，唐宁，
申请(专利权)人：宁波博威新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33