一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法，该方法包括：一、将铌钛铸锭进行破碎得到铌钛碎屑，经酸洗和真空退火处理得到预处理铌钛碎屑；二、将部分预处理铌钛碎屑与海绵钛混合得到混合物A，将剩余预处理铌钛碎屑与铝铌合金、其他中间合金混合得到混合物B；三、将混合物A作为上层和下层、混合物B作为中间层进行布料并压制得到电极块；四、电极块组焊得到电极杆；五、电极杆进行三次真空自耗电弧熔炼。本发明专利技术采用铌钛碎屑并进行预处理，结合对铌钛碎屑与其他原料混合及压制布料方式的设计，避免了Nb元素的微区偏析及夹杂和Al元素损失，提高了铌钛铝基合金铸锭中合金成分的均匀性和含量准确性，满足工业化生产的要求。满足工业化生产的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法


[0001]本专利技术属于铌合金制备
，具体涉及一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法。

技术介绍

[0002]Ti
‑
AlNb合金相比于γ
‑
TiAl合金具有更高的强度和更好的断裂韧性，其优异的性能满足未来航空发动机对高比强度、高比刚度的轻质高温结构材料的迫切要求，对于降低飞行器的自重、提高燃油效率和高温服役性能具有重要意义。铌钛铝基合金力学及热加工成形性能受合金成分和组织的均匀性、杂质元素含量影响严重，因此选用合适的原料及熔炼方法制备成分准确纯净、合金元素分布均匀、凝固组织致密，特别是低间隙元素O、N、H含量的铸锭，是保证铌钛铝基合金力学性能的前提。从Ti
‑
Al
‑
Nb三元系合金熔炼来看，铌钛铝基合金熔炼过程中低密度、低熔点的Al元素熔炼过程挥发较大，同时Nb元素含量高，易出现微区偏析及夹杂，合金成分准确性和均匀性难以得到保证。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法。该方法通过采用铌钛碎屑为原料并进行预处理，结合将铌钛碎屑分别与其他原料混合并进行三层布料设计，减少了杂质元素的引入量，避免了熔炼过程中Nb元素的微区偏析及夹杂，选用熔点较低的铝铌合金作为铝元素、铌元素添加的中间合金，减少熔炼过程低密度、低熔点的Al元素损失，提高了铌钛铝基合金铸锭中合金成分的均匀性和含量准确性，解决了铌钛铝基合金中合金元素分布不均的难题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0005]步骤一、将铌钛铸锭进行破碎处理得到铌钛碎屑，将铌钛碎屑酸洗后进行真空退火处理，得到预处理铌钛碎屑；
[0006]步骤二、将部分步骤一中得到的预处理铌钛碎屑与海绵钛进行混合得到混合物A，将剩余步骤一中得到的预处理铌钛碎屑与铝铌合金、其他中间合金进行混合得到混合物B；
[0007]步骤三、将步骤二中得到的混合物A作为上层和下层、混合物B作为中间层在压制模具中进行布料，然后经压制处理得到电极块；
[0008]步骤四、对步骤三中得到的电极块进行组焊处理，并在组焊位置采用钛薄板补焊，得到电极杆；
[0009]步骤五、将步骤四中得到的电极杆作为自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行一次熔炼得到一次铸锭，然后将4个一次铸锭平头后头尾依次相接并放置于真空自耗电弧炉内进行组焊得到2根电极，并对2根电极进行二次熔炼得到2个二次铸锭，再将2个二次铸锭平头后头尾相接并放置于真空自耗电弧炉内进行组焊得到1根电极，并对1根电极进行三次熔炼得到三次铸锭，即铌钛铝基合金铸锭。
[0010]本专利技术首先对铌钛碎屑进行预处理，通过酸洗去除其表面氧化物杂质，结合真空
退火处理使得铌钛碎屑软化从而具有更高的延展性，并降低铌钛碎屑中部分气体杂质元素如O、N、H的含量，同时进一步去除铌钛碎屑表面的油污及粘附的切削液等杂物，得到杂质元素含量更低的铌钛碎屑，有利于实现后续压制电极块工艺；其次，本专利技术采用铌钛碎屑、铝铌合金作为目的产物铌钛铝基合金铸锭中铌元素的原料，通过将预处理铌钛碎屑分成两部分，一部分与海绵钛混合得到混合物A，一部分与铝铌合金、其他中间合金混合得到混合物B，再将混合物A与混合物B进行布料压制成电极块制备目的产物，使得含铌原料分散在电极块的各个位置中，提高了铌钛铝基合金铸锭中铌元素的分布均匀性，避免了Nb元素因含量高出现微区偏析及夹杂，从而提高了铌钛铝基合金铸锭中合金成分的均匀性和含量准确性；再次，本专利技术采用铝铌合金和其他中间合金作为目的产物铌钛铝基合金铸锭中铝元素的原料，并将铝元素的原料均放入混合物B，通过在压制电极块的布料过程中将混合物A作为包裹料铺设在上层和下层，而含铝原料的混合物B作为中间层被包裹在上层、下层之间，大大减少了后续熔炼过程中低密度、低熔点的Al元素挥发，进一步提高了铌钛铝基合金铸锭中合金成分的均匀性和含量准确性，同时避免了铝铌合金、其他中间合金这两种中间合金掉料引起边弧、导致铌钛铝基合金铸锭中合金成分不均，保证了后续熔炼过程的顺利进行。
[0011]上述的一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铌钛碎屑的粒度为1mm～3mm，所述真空退火处理的条件为：真空度小于5
×
10 ‑2MPa，温度为900℃～950℃，时间为60min以上。本专利技术采用铌钛铸锭加工后产生的车屑即铌钛碎屑作为铌元素的原料，降低了制备成本，通过控制铌钛碎屑的粒度为1mm～3mm，减少了与其他中间合金的粒度差异，混合后各合金在电极块中的分布更为均匀，且熔炼过程中不易产生夹杂和成分偏析。
[0012]上述的一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤二中所述海绵钛为粒度3mm～12.7mm的0级海绵钛，且经混料机混合处理3min得到混合物A，经混料机混合处理5min得到混合物B。本专利技术采用的粒度3mm～12.7mm的0级海绵钛具有海绵状的孔隙结构和较小的体积，在压制处理后保证铌钛碎屑完全粘连在其表面，避免了熔炼处理过程中发生铌钛碎屑的掉落造成成分偏析。同时，本专利技术采用混料机混合处理，有利于混合物A和混合物B中各成分充分混合均匀，进而有利于铌钛铝基合金铸锭中各元素的分布均匀。
[0013]上述的一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤三中所述上层和下层的混合物A的质量相等。本专利技术通过控制上层和下层的混合物A的质量相等，使得含铝原料的混合物B充分包裹在上层、下层的混合物A之间，保证了包裹效果，有效减少了后续熔炼过程中低密度、低熔点的Al元素挥发，提高了铌钛铝基合金铸锭中合金成分的均匀性和含量准确。
[0014]上述的一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法，其特征在于，步骤四中所述组焊处理采用真空焊箱铜极等离子弧焊进行。本专利技术应用真空充氩气气氛作为焊接环境，降低焊接时焊点氧化情况，提高了电极块焊接过程焊点位置牢固程度，应用铜极焊枪彻底避免钛合金中钨夹杂问题，具有焊接热影响区小、焊接形变小和焊接质量高等优点。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0016]1、本专利技术采用铌钛碎屑为原料，通过对铌钛碎屑进行预处理，有利于压制过程的进行并降低杂质元素引入量，结合将铌钛碎屑分成两部分，并分别与海绵钛、铝铌合金及其
他中间合金混合，使得铌元素均匀分布，同时采用三层布料方式，减少了熔炼过程中低密度、低熔点的Al元素挥发，通过对上述各个环节的共同控制，避免了Nb元素的微区偏析及夹杂和Al元素损失，提高了铌钛铝基合金铸锭中合金成分的均匀性和含量准确性。
[0017]2、本专利技术制备的铌钛铝基合金铸锭在保证其整体成分均匀的前提下，将铸锭中铌元素的质量含量提高至40％以上，且铸锭中各合金成分分布均匀、波动较小、无铌夹杂等缺陷，表面质量良好，满足工业化生产对铌钛铝合金均质铸锭成分分布均匀性的要求。
[0018]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌钛铝基合金铸锭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将铌钛铸锭进行破碎处理得到铌钛碎屑，将铌钛碎屑酸洗后进行真空退火处理，得到预处理铌钛碎屑；步骤二、将部分步骤一中得到的预处理铌钛碎屑与海绵钛进行混合得到混合物A，将剩余步骤一中得到的预处理铌钛碎屑与铝铌合金、其他中间合金进行混合得到混合物B；步骤三、将步骤二中得到的混合物A作为上层和下层、混合物B作为中间层在压制模具中进行布料，然后经压制处理得到电极块；步骤四、对步骤三中得到的电极块进行组焊处理，并在组焊位置采用钛薄板补焊，得到电极杆；步骤五、将步骤四中得到的电极杆作为自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行一次熔炼得到一次铸锭，然后将4个一次铸锭平头后头尾依次相接并放置于真空自耗电弧炉内进行组焊得到2根电极，并对2根电极进行二次熔炼得到2个二次铸锭，再将2个二次铸锭平头后头尾相接并放置于真空自耗电弧炉内进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣琳，张英明，王国栋，郭金明，任军帅，郭学鹏，谭江，薛少博，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：