一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法技术

本发明专利技术属于钛合金制造领域，具体涉及一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法。该方法主要包括以下步骤：在抛磨处理后的两段棒材的端面心部进行打孔；将两段棒材置于惰性气体保护装置的实验箱内，氧含量低于0.4％；将棒材在实验箱内进行酸洗处理，并将加工好的硬质α夹杂放置孔内；采用氩弧焊技术将棒材沿切割面进行点焊连接，采用电子束焊接进行封焊，焊接深度小于6mm；将焊接连接后的棒材作为熔炼电极，通过真空自耗熔炼制备获得内含缺陷钛合金铸锭；将铸锭进行锻造后，获得内含缺陷的钛合金棒材。本发明专利技术制造出内含夹杂的钛合金棒材，系统研究锻造过程中硬质α夹杂的形态、尺寸的变化规律，也为发动机适航取证提供重要的支撑。支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法


[0001]本专利技术属于钛合金制造领域，具体涉及一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法。

技术介绍

[0002]现代航空发动机的运行数据记录表明，随着科学技术和管理体系的发展和完善，航空发动机有着较高的可靠性和安全性。采用“安全寿命”设计方法之后可以显著提高部件的低周疲劳，航空发动机失效事故显著降低，然而，非包容性事故仍然偶尔发生，这些飞行事故与钛合金构件的冶金质量有着直接的关系，主要是钛合金在熔炼、加工等过程引入缺陷导致的。从1962年至1990年间，美国共有25起飞行事故是由于熔炼工艺导致的钛合金冶金缺陷引起的，其中19起是因为钛合金中的夹杂(硬质α夹杂)缺陷引起的，另外6起是因为成分偏析引起的，显然钛合金中的硬质α夹杂缺陷已经成为钛合金构件材料失效的主要因素之一。
[0003]自20世纪末，美国西南研究院在FAA及几大发动机主制造商的支持下，系统开展概率风险评估的理论和方法研究，逐步发展并完善相应的风险评估分析工具，目前该分析方法已获得FAA的认可。近年来，随着民用航空发动机研制的进展，发动机限寿件适航技术研究工作，包括概率风险评估工作逐步获得国内工业界和学术界的重视，国内尚未系统研究缺陷大小及其检测概率等因素对盘件的失效规律进行系统研究，尤其是钛合金棒材内部硬质α夹杂的尺寸及后续加工过程夹杂的形态演变规律尚未明确，目前国内也尚无内含硬质α夹杂钛合金棒材研制的相关报道，无法开展钛合金中缺陷检出概率及其风险评估，成为影响航空发动机的适航认证的关键因素之一。
[0004]中国专利技术专利：一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法(公开号CN110295291A)，该方法包括以下步骤：(1)采用常规真空自耗熔炼技术进行两次熔炼，获得钛合金铸锭；(2)将两次熔炼的铸锭进行锻造，制备成一定规格的棒材；(3)将棒材沿着中部锯切，并对锯切面进行抛磨处理；(4)在切割面处进行钻孔，并将硬质α夹杂放置孔内；(5)采用氩弧焊将切割后的棒材沿着切割面进行焊接，(6)对合金后的钛合金棒材进行一次真空自耗熔炼，获得的铸锭进行锻造即可制备内含硬质夹杂的钛合金棒材。其不足之处在于：(1)由于夹杂在一侧棒材植入，导致在装配时，棒材中心难以对齐，导致后续锻造过程出现界面开裂；(2)由于夹杂在一侧棒材植入，导致在另一侧棒材处界面结合不均匀，导致后续无法开展界面组织研究；(3)由于棒材端面为进行酸洗工艺，导致热压后界面存在明显的分层结构，降低了组织均匀性和界面的力学性能。

技术实现思路

[0005]为了满足目前国内航空发动机适航认证的需要，本专利技术的目的是提供一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，采用该方法可以制造出内含夹杂的钛合金棒材，同时可以系统研究锻造过程中硬质α夹杂的形态、尺寸的变化规律，也为发动机适航取证提供
重要的支撑。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，包括以下步骤：
[0008](1)钛合金铸锭熔炼：采用常规真空自耗熔炼技术进行两次熔炼，获得钛合金铸锭；
[0009](2)钛合金棒材锻造：将两次熔炼的铸锭进行锻造，锻造成棒材，并将棒材表面进行修磨，去除表面的氧化皮；
[0010](3)钛合金棒材切割：沿长度方向将棒材平均锯切成两段，并对切割面进行抛磨处理；
[0011](4)棒材端面打孔：在抛磨处理后的两段棒材的端面心部进行打孔，保证缺陷完全植入孔内；
[0012](5)将两段棒材置于带气体保护装置的实验箱内，并充入惰性保护气体，使氧含量降低至0.4wt％以下；
[0013](6)将抛磨处理后的两段棒材端面在实验箱内进行酸洗处理，去除表面氧化物，并将加工好的硬质α夹杂放置孔内；
[0014](7)棒材焊接：首先采用氩弧焊技术将棒材沿切割面进行点焊连接，确保两段棒材固定，随后采用电子束焊接将切割面外围密封，焊接深度小于6mm，且保证棒材内部处于真空状态；
[0015](8)内含缺陷铸锭熔炼：将焊接连接后的棒材作为熔炼电极，通过真空自耗熔炼制备获得内含缺陷钛合金铸锭；
[0016](9)将铸锭进行锻造后，获得内含缺陷的钛合金棒材。
[0017]所述的熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，步骤(1)中，铸锭规格所述的熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，步骤(1)中，铸锭规格
[0018]所述的熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，步骤(2)中，棒材直径为
[0019]所述的熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，步骤(3)中，抛磨处理后的表面粗糙度Ra≤3.6μm。
[0020]所述的熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，步骤(4)中，孔径尺寸范围0.5mm～1.5mm，孔深度0.5～1.5mm。
[0021]所述的熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，步骤(7)中，焊接深度优选为3～5mm。
[0022]本专利技术的设计思想是：
[0023]本专利技术首次提出采用熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，首先制备氮含量精确控制的氮化钛材料，然后机加工成固定的尺寸，最后通过熔炼法制备出内含硬质夹杂的钛合金棒材，可以确保棒材内部氮化钛缺陷的成分及尺寸当量。其中：
[0024]在抛磨处理后的两段棒材的端面心部进行打孔，保证缺陷完全植入孔内，其作用在于：在满足夹杂植入的前提下，通过夹杂缺陷的植入一方面可以保证棒材的装配精度，另一方面便于研究界面组织变化。
[0025]将两段棒材置于带气体保护装置的实验箱内，并充入惰性保护气体，使氧含量降低至0.4wt％以下，其作用在于：降低界面处的氧含量，防止因氧含量过高导致界面开裂。
[0026]将抛磨处理后的两段棒材端面在实验箱内进行酸洗处理，去除表面氧化物，其作用在于：消除界面污染物，防止界面开裂。
[0027]在进行棒材焊接时，首先采用氩弧焊技术将棒材沿切割面进行点焊连接，确保两段棒材固定，随后采用电子束焊接将切割面外围密封，焊接深度小于6mm，且保证棒材内部处于真空状态，其作用在于：减小焊缝深度，降低母材与焊缝处力学性能差异，避免后续锻造过程中发生开裂现象。
[0028]本专利技术的优点及有益效果在于：
[0029](1)采用本专利技术提供的方法，可以通过熔炼制备获得内含硬质α夹杂钛合金棒材，为缺陷形态变化规律、缺陷检出概率的研究奠定基础，为航空发动机适航认证提供技术支持；
[0030](2)本专利技术不受钛合金材料的限制，可应用于航空发动机所涉及的多种牌号钛合金棒材的制备。
[0031](3)与中国专利技术专利：一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法(公开号CN110295291A)相比，本专利技术可实现界面良好的结合，有效防止上述专利中由于工艺不当导致的界面失稳开裂现象，保证后续工艺和研究的顺利进行。
附图说明
[0032]图1为棒材切割及熔炼后铸锭的示意图。其中，(a)为棒材切割本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔炼法制备内含硬质夹杂钛合金棒材的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)钛合金铸锭熔炼：采用常规真空自耗熔炼技术进行两次熔炼，获得钛合金铸锭；(2)钛合金棒材锻造：将两次熔炼的铸锭进行锻造，锻造成棒材，并将棒材表面进行修磨，去除表面的氧化皮；(3)钛合金棒材切割：沿长度方向将棒材平均锯切成两段，并对切割面进行抛磨处理；(4)棒材端面打孔：在抛磨处理后的两段棒材的端面心部进行打孔，保证缺陷完全植入孔内；(5)将两段棒材置于带气体保护装置的实验箱内，并充入惰性保护气体，使氧含量降低至0.4wt％以下；(6)将抛磨处理后的两段棒材端面在实验箱内进行酸洗处理，去除表面氧化物，并将加工好的硬质α夹杂放置孔内；(7)棒材焊接：首先采用氩弧焊技术将棒材沿切割面进行点焊连接，确保两段棒材固定，随后采用电子束焊接将切割面外围密封，焊接深度小于6mm，且保证棒材内部处于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉海宾，郭小军，蔡雨升，任德春，雷家峰，杨锐，单晓明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：