一种制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法技术

一种制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，将二次VAR熔炼钛合金铸锭作为自耗电极进行再次真空电弧熔炼；在制备过程中，控制进水温度及进水流量，将补缩阶段分为前中后三期进行分阶段降低熔炼电流速率，通过控制铸锭冷却过程及熔池的大小实现提升合金铸锭品质的目的。本发明专利技术制备方法能获得纵向全柱状晶，且主元素含量偏差可控制在2000ppm范围以内的钛合金铸锭，有效地改善了钛合金铸锭因横向边、心部组织不均匀而造成锻造火次多、棒材边心部组织不均匀的问题，适用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法
本专利技术涉及一种全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，属于有色金属加工领域，适用于生产整锭柱状晶且组织、成分均匀的钛合金工业化铸锭，尤其是一种使用真空自耗电弧炉熔炼的制造方法。
技术介绍
钛合金是20世纪五十年代发展起来的一种关键金属材料，因其具有比强度高、耐腐蚀性优良、热强度高等特点，而广泛应用与石油、化工、舰船、冶金等领域，是先进飞机结构件和发动机转动件的首选材料之一。钛合金VAR(真空电弧熔炼)熔炼时，在常规熔炼工艺下，由于熔池边部冷却快，心部冷却慢的特点，生产的铸锭会存在边部细等轴晶、R/2区域柱状晶和心部等轴晶的特征，造成铸锭边、心部晶粒尺寸差异较大。锻造时，为了将这种不均匀的铸态组织完全破碎且保证棒材边、心部组织均匀，会施加较多的锻造火次，从而造成锻造设备产能下降，棒材成品率较低。因此如何控制VAR熔炼参数和VAR设备参数，获得组织均匀的铸锭也成为了熔炼工作中的技术难点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题提出一种制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，通过该制备方法，能获得纵向全柱状晶，且主元素含量偏差可控制在2000ppm范围以内的钛合金铸锭，有效地改善了钛合金铸锭因横向边、心部组织不均匀而造成锻造火次多、棒材边心部组织不均匀的问题，适用于工业化生产。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是一种制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，其具体步骤如下：步骤1：将二次VAR熔炼钛合金铸锭作为VAR熔炼的自耗电极置于VAR炉中，将熔化站进水温度设定为15～25℃，熔化站进水流量设置为1000～1200L/min，通过降低坩埚内壁温度、加强熔炼过程中的水冷换热，从而实现增大熔池温度梯度，加快冷却的作用，设置完成后方可起弧熔炼。步骤2：起弧熔炼，当熔炼进入补缩阶段，补缩前期，当熔炼电流大于8kA时，熔炼电流降低速率为0.5～1.0kA/min，通过快速降低电流，减少熔池输入热量；补缩中期，当熔炼电流在6～8kA之间时，熔炼电流降低速率为0.05～0.1kA/min，通过对该阶段电流进行缓慢保持，达到逐步缓慢抬升熔池、避免断续凝固的目的；补缩末期，电流降低速率为0.2～0.5kA/min，通过适当增大该阶段的电流降低速率，加快缩孔抬升速度，从而避免补缩末期缩孔抬升满产生元素富集、导致铸锭头部成分不均匀的问题。步骤1中，二次VAR熔炼钛合金铸锭重量为1500～5000kg，规格为Φ360～Φ640mm，成品熔炼坩埚为Φ440～Φ720mm。步骤1中，将自耗电极置入VAR炉中封炉抽真空，当预真空≤5Pa，漏率≤1.0Pa/min时，将自耗电极与辅助电极进行对焊，冷却45min后开炉清理焊瘤，清理完成后重新封炉抽空。步骤1中熔炼参数：熔炼电压范围为28～38V，熔炼电流范围为8～18kA，稳弧电流范围为5～15A交流，稳弧周期范围为3～12s，，熔炼后冷却时间≥6小时。步骤2中，自耗电极剩余重量为150～350kg时开始补缩。本专利技术制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，通过控制进水温度及流速，加强成品熔炼的水冷换热，合理控制成品熔炼参数范围及补缩期电流降低速率，适当减弱稳弧磁场搅拌强度，能够获得整锭全柱状晶且成分高度均匀的钛合金铸锭，解决了钛合金铸锭因凝固组织粗大、不均匀而造成锻造火次偏多的问题。附图说明图1，实施例1铸锭纵剖后的低倍腐蚀组织。图2，实施例2铸锭纵剖后的低倍腐蚀组织。图3，实施例3铸锭纵剖后的低倍腐蚀组织。具体实施方式针对上述技术方案，现结合具体实施例及图示对本专利技术制备方法进一步描述：实施例1：步骤1：将重量为1600kg、规格为Φ440mm的二次VAR熔炼Ti1023合金铸锭装入Φ520mm坩埚，并放置于VAR炉熔化站中进行封炉抽空，将熔化站进水温度设定为18℃，熔化站进水流量设置为1000L/min；步骤2：当预真空≤5Pa，漏率≤1.0Pa/min时，将自耗电极与辅助电极进行对焊，冷却45min后开炉清理焊瘤，清理完成后重新封炉抽空；步骤3：当预真空≤1Pa，漏率≤0.6Pa/min时，开始起弧熔炼，其中熔炼电压范围为28～30V，熔炼电流范围为10～14kA，稳弧电流范围为5～10A交流，稳弧周期范围为6～10s。步骤4：在自耗电极剩余重量为150kg时开始补缩，补缩前期，当电流大于8kA时,电流降低速率为0.5kA/min；补缩中期，当电流在6～8kA之间时，电流降低速率为0.1kA/min；补缩末期，电流降低速率为0.4kA/min，熔炼后冷却时间≥6小时。将本实施例熔炼的Ti1023合金Φ520mm铸锭沿纵向进行锯切取片，对其纵剖片进行低倍腐蚀观察，参看图1，用来评价铸锭的组织均匀性；在纵剖片上沿边部、R/2、心部进行纵向10点取样用来分析铸锭整体的成分均匀性，结果见表1。表1实施例1铸锭纵向不同部位的Fe元素含量(wt％)由图1可以看出：使用该工艺制备的Φ520mmn规格Ti1023铸锭沿纵向均由柱状晶组成，且柱状晶尺寸较为均匀、细小；对该铸锭进行纵向成分分析，结果见表1所示，铸锭纵向30点Fe元素极差仅1200ppm，铸锭成分均匀性良好，获得了组织和成分高度均匀的Φ520mmn规格Ti1023铸锭。本专利技术的实施例2：步骤1：将重量为5000kg、规格为Φ640的二次VAR熔炼TC4铸锭装入Φ720mm坩埚，并放置于VAR炉熔化站中进行封炉抽空，将熔化站进水温度设定为25℃，熔化站进水流量设置为1200L/min；步骤2：当预真空≤5Pa，漏率≤1.0Pa/min时，将自耗电极与辅助电极进行对焊，冷却45min后开炉清理焊瘤，清理完成后重新封炉抽空；步骤3：当预真空≤1Pa，漏率≤0.6Pa/min时，开始起弧熔炼，其中熔炼电压范围为36～38V，熔炼电流范围为14～18kA，稳弧电流范围为10～14A交流，稳弧周期范围为3～7s。步骤4：在自耗电极剩余重量为350kg时开始补缩，补缩前期，当电流大于8kA时,电流降低速率为1.0kA/min；补缩中期，当电流在6～8kA之间时，电流降低速率为0.05kA/min；补缩末期，电流降低速率为0.2kA/min，熔炼后冷却时间≥6小时。将本实施例熔炼的TC4合金Φ720mm铸锭沿纵向进行锯切取片，对其纵剖片进行低倍腐蚀观察，参看图2，用来评价铸锭的组织均匀性；在纵剖片上沿边部、R/2、心部进行纵向10点取样用来分析铸锭整体的成分均匀性，结果见表2。表2实施例2铸锭纵向不同部位的Al元素含量(wt％)由图2可以看出：使用该工艺制备的TC4铸锭沿纵向均由柱状晶组成，且柱状晶尺寸较为均匀、细小；对该铸锭进行纵向成分分析，结果见表2所示，铸锭纵向30点Al元素极差仅1400ppm，铸锭成分均匀性良好，获得了组织和成分高度均匀的Φ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，其具体步骤如下：/n步骤1：将二次VAR熔炼钛合金铸锭作为VAR熔炼的自耗电极置于VAR炉中；将熔化站进水温度设定为15～25℃，熔化站进水流量设置为1000～1200L/min；/n步骤2：起弧熔炼，当熔炼进入补缩阶段，补缩前期，当熔炼电流大于8kA时,熔炼电流降低速率为0.5～1.0kA/min；补缩中期，当熔炼电流在6～8kA之间时，熔炼电流降低速率为0.05～0.1kA/min；补缩末期，电流降低速率为0.2～0.5kA/min。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，其具体步骤如下：
步骤1：将二次VAR熔炼钛合金铸锭作为VAR熔炼的自耗电极置于VAR炉中；将熔化站进水温度设定为15～25℃，熔化站进水流量设置为1000～1200L/min；
步骤2：起弧熔炼，当熔炼进入补缩阶段，补缩前期，当熔炼电流大于8kA时,熔炼电流降低速率为0.5～1.0kA/min；补缩中期，当熔炼电流在6～8kA之间时，熔炼电流降低速率为0.05～0.1kA/min；补缩末期，电流降低速率为0.2～0.5kA/min。


2.根据权利要求1所述的制备全柱状晶钛合金铸锭的VAR熔炼方法，其特征在于步骤1中，二次VAR熔炼钛合金铸锭重量为1500～5000kg，规格为Φ360～Φ640mm，成品熔炼坩埚为Φ440～Φ720mm。


3.根据权利要求1所述的制备全柱状晶钛合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向宏，付杰，吴明，何永胜，王凯旋，同朴超，李军仁，罗文忠，冯勇，张丰收，张平祥，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61