一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，包括母电极制备：将海绵钛和含Mo、W、Zr、Sn的二元或多元中间合金进行混合后，制备出φ530

【技术实现步骤摘要】
一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺


[0001]本专利技术涉及钛合金新材料真空自耗冶炼
，具体涉及钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺。

技术介绍

[0002]随着国防军工领域的需求提升，越来越多的航空发动机追求高的推重比，从而在选材上需要考虑高比强度的新材料。钛合金是目前比强度最高的材料之一，由于其具有优异的特性，因此受到了发动机设计师们的青睐而得到越来越广泛地使用。航空发动机用钛合金不但要求优良的室温力学性能和加工性能，还要求在高温(300～500℃)条件下保持一定的疲劳强度和塑性。但随着使用温度的不断提高，常规的发动机用钛合金材料如TC4、TC11等已难以满足450℃以上的服役温度。
[0003]TC25为Ti
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Al
‑
Zr
‑
Sn
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Mo
‑
Mo
‑
W系马氏体α+β型热强钛合金，其名义成分为6Al
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2Mo
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2Zr
‑
2Sn
‑
1W
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0.2Si，是高合金化的钛合金材料，该合金可在适当的热变形条件、热处理状态下获得较为理想的综合性能；它兼有TC11)的高热强性和TC8的热稳定性，使用温度可高达500～550℃，在新型发动机关键部位得到广泛使用，零部件数量达到十余个；国内批量应用的钛合金材料尚不能达到TC25合金的水平。它是目前某新型发动机中钛合金用量最多的重要选材。TC25钛合金的使用温度之所以能达到500～550℃，是该合金成分的特点含有1％W(属于共析型β稳定元素)，是目前在《GB/T 3620.1
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2016钛及钛合金牌号和化学成分》中唯一含有W元素的钛合金牌号，同时还含有2％Mo。Mo、W这两个均属于高熔点元素，其中Mo的熔点高达2615℃，W的熔点达到3400℃，均高于钛的熔点1668℃；因此，在TC25钛锭制造过程中，如何确保这两个高熔点的成分均匀性，是保证铸锭质量并生产出优质发动机盘件用棒坯的关键技术。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题是，解决高熔点W、Mo的偏析、确保这两个高熔点的成分均匀性，提供一种保证铸锭质量并生产出优质发动机盘件用棒坯的冶炼工艺。
[0005]本专利技术的技术方案是，一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，包括真空自耗冶炼，其特征在于：
[0006]a.母电极制备：将海绵钛和含Mo、W、Zr、Sn的二元或多元中间合金进行混合后，制备出φ530
‑
550mm
×
L直径的电极，电极的密度达到3.3～3.7g/cm3；旋转混合均匀，然后放入模具内，在具有一定吨位的油压机进行压实达到规定密度；
[0007]b.一次锭冶炼：电流为15500～16500A，电压33～35V，熔速12～14Kg/min；冶炼成φ640
‑
680mm
×
L；
[0008]c.二次锭冶炼：电流为22000～24000A，电压35～37V，熔速14～16Kg/min；冶炼成φ740
‑
780mm
×
L；
[0009]d.三次锭冶炼：电流为29000～31000A，电压38～40V，熔速21～24Kg/min；冶炼成
φ840
‑
880mm
×
L。
[0010]步骤a中，L＝l1+l2+l3+
……
+ln，是指根据订单需求和压制设备能力，单个电极块累加到L。
[0011]根据航空用钛合金产品的国标规定，钛合金铸锭冶炼需要经过三次真空自耗。因此若要制造出TC25钛合金φ860mm左右超大直径铸锭，需要推算原材料压制成母电极的尺寸、一次锭和二次锭的直径尺寸。结合钛合金真空自耗冶炼的特点，本专利技术的母电极直径尺寸采取为φ530
‑
550mm
×
L，一次锭直径尺寸φ640
‑
680mm
×
L，二次锭直径尺寸为φ740
‑
780mm
×
L；即制造出φ840
‑
880mm铸锭，生产流程为母电极压制
→
冶炼一次锭
→
冶炼二次锭
→
冶炼三次锭。
[0012]一次锭φ640
‑
680mm冶炼：
[0013]由于TC25含有高熔点的Mo、W元素，其他合金元素也较多，因此在设计冶炼关键工艺参数时，需不同于一般钛合金冶炼的关键工艺参数。尤其是在电流、电压和熔速这三个方面。本专利技术设计的TC25一次锭冶炼工艺参数具体如表1所示：
[0014]表1 TC25一次锭冶炼工艺参数
[0015][0016]二次锭φ740
‑
780mm冶炼
[0017]在设计二次冶炼时，由于锭型扩大，海绵钛合和中间合金进行了熔化，各元素得到了初步扩散溶解，但是还不至于均匀化，部分区域的含Mo、W没有得到熔解，因此需要进一步扩大电流值，电压和熔速，进行二次冶炼确保所有的原材料熔化，成分均匀化并凝固成铸锭。二次熔炼对所有区域的高熔点Mo、W熔成液体，电流需要进一步大幅提高来加大热能，但是电压和熔速只需要在一次冶炼的基础上略加提高，电压决定了弧长。电压越高弧长越短，短弧操作对安全操作和冶炼过程中的动态监控带来一定的困难，因此电压不宜过高。而熔速是控制熔化金属物料的速度，如果熔速大则让电极自耗得快，而没有时间进行均匀化，容易产生成分偏析。本专利技术设计的TC25二次锭冶炼的关键工艺参数如下表2所示：
[0018]表2 TC25二次锭冶炼工艺参数
[0019][0020]三次锭φ840
‑
880mm冶炼
[0021]本专利技术设计的TC25三次锭冶炼的关键工艺参数如下表3所示，在一次冶炼和二次冶炼的工艺参数基础上，对熔速的参数设计提高了50％以上，主要是通过前面二次的熔化后，铸锭里高熔点Mo、W已经得到了充分的熔化，并且和其他元素得到了均匀扩散和凝固；因此三次冶炼时熔化的速度大幅提高可以改善大型铸锭的表面质量，熔速快熔池活跃，对钢水充分流动到结晶器壁带来优势，从而保证了冷却后的铸锭表面质量比较平整，无气孔等；降低了铸锭转锻造热加工前的剥皮量，有利于提高铸锭综合成材率。
[0022][0023]根据本专利技术的一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，优选的是，步骤a所述海绵钛和中间合金混合时采取能360℃旋转的密闭容器。
[0024]根据本专利技术的一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，优选的是，所述旋转混合的圈数是3.5圈～5圈。
[0025]根据本专利技术的一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，优选的是，在三次锭冶炼结束后，进行热封顶工艺。
[0026]三次锭φ840
‑
880mm冶炼的关键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，包括真空自耗冶炼，其特征在于：a.母电极制备：将海绵钛和含Mo、W、Zr、Sn的二元或多元中间合金进行混合后，制备出φ530
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550mm
×
L(L＝l1+l2+l3+ln)直径的电极，电极的密度达到3.3～3.7g/cm3；旋转混合均匀，然后放入模具内，在具有一定吨位的油压机进行压实达到规定密度；b.一次锭冶炼：电流为15500～16500A，电压33～35V，熔速12～14Kg/min；冶炼成φ640
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680mm
×
L；c.二次锭冶炼：电流为22000～24000A，电压35～37V，熔速14～16Kg/min；冶炼成φ740
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780mm
×
L；d.三次锭冶炼：电流为29000～31000A，电压38～40V，熔速21～24Kg/min；冶炼成φ840
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880mm
×
L。2.根据权利要求1所述的一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，其特征在于：步骤a所述海绵钛和中间合金混合时采取能360℃旋转的密闭容器。3.根据权利要求1所述的一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，其特征在于：所述旋转混合的圈数是3.5圈～5圈。4.根据权利要求1所述的一种TC25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺，其特征在于：在三次锭冶炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵新华，计波，石磊，陈海，张安琴，
申请(专利权)人：中国航发贵阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：