一种提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法，该方法采用结晶器区域电子束扫描图形多层叠加设计，也即在结晶器区域坩埚主图形基础上，叠加四周边部的边线图形，从而提高与水冷铜坩埚结晶器相接触部分钛液的电子束输入能量，提高边部钛液温度，降低激冷作用的影响，促进钛液更好的填充；本发明专利技术的设计同时旨在降低铸锭中心至边部的温度梯度，提高结晶区域铸锭断面的温度均匀程度，获得相对平缓的固液相线，改善铸锭质量。此外，边线叠加能量以达到改善结晶器上缘内壁冷凝物包入熔池对铸锭表面质量影响的目的。铸锭表面质量影响的目的。铸锭表面质量影响的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法


[0001]本专利技术属于钛或钛合金熔炼加工
，具体涉及一种提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等优点，在航空航天、船舶、化工、生物医疗、交通运输、体育休闲等领域应用前景广阔。但钛材成本高，限制了其进一步推广应用，其中降低钛及钛合金熔炼制坯成本，是行业主要研究技术方向。电子束冷床（EB）熔炼是一种利用高压加速电子并通过聚焦和偏转磁场控制路径与范围，将高速电子轰击至金属表面转化为热能，从而使得金属熔化的熔炼方法，通过冷床结构实现将原料熔化、精炼和坩埚结晶三个过程分开，电子枪可以分别独立控制，可生产异型截面铸锭，同时该方法熔炼真空度高，具有流程短、成本低、高纯净度、生产效率高等优点。
[0003]钛及钛合金电子束冷床熔炼过程中，钛金属原料在电子束作用下熔化为钛液，熔融的钛液经过熔化冷床、精炼冷床流入具有极强冷却作用的水冷铜坩埚结晶器中，由于坩埚与钛液接触的边部激冷作用强烈，且钛液填充性能较差，极易在EB锭表面形成冷隔、皮下缩孔等表面缺陷；同时，在持续熔炼过程中，为避免发生钛液溢流风险，钛液液面低于结晶器上端面，钛金属蒸汽在结晶器上缘内壁易形成并积累冷凝物，有包入靠近结晶器侧壁的钛液表面可能，导致铸锭表面夹杂缺陷。上述EB锭冷隔、皮下缩孔及夹杂缺陷，直接影响了钛及钛合金EB锭的质量，如何提高EB锭表面质量，是行业发展急需解决的行业瓶颈。
[0004]铸锭的冷隔、缩孔、夹杂等表面缺陷一方面使得铸锭表面机加工去除量增加，另一方面会在后续热加工中诱发裂纹风险，表面缺陷的改善除了使得成材率的提高，也促进加工材内部质量的稳定，因此在行业内将表面质量作为重要的控制要求。为提高电子束冷床熔炼铸锭质量，行业内一般通过熔炼拉锭工艺参数、电子束扫描方法等方面调整以针对性改善表面质量。
[0005]ZL201410430284.8公开了一种提高EB炉生产巨型扁钛坯铸锭表面质量的方法，主要通过改变拉锭速度等工艺参数的调整实现。ZL201911013813.3公开了一种电子束冷床炉制备钛及钛合金铸锭的表面裂纹控制办法，通过控制拉锭向上反推距离、反推频率、熔炼速度等参数，消除铸锭表面裂纹，提高了铸锭成材率。在电子束扫描图形（或称扫描花样、扫描轨迹）设计方面，ZL201410430803.0公开了一种维持电子束冷床炉矩形结晶器温度均匀的扫描方法，将结晶器扫描区域长度方向进行若干等分，设置扫描图形并进行热成像和测温，以改善铸锭表面质量。
[0006]现有已公开技术文件并无针对电子束冷床熔炼结晶器边部的激冷作用，容易形成表面冷隔、皮下缩孔、表面夹杂等表面缺陷而采取扫描图形多层叠加设计。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种提高钛及钛合金EB锭表面质量的方法，该方法采用结晶
器区域电子束扫描图形多层叠加设计，提高与水冷铜坩埚结晶器相接触部分钛液的电子束输入能量，提高边部钛液温度，降低激冷作用的影响，促进钛液更好的填充；本专利技术的设计同时旨在降低铸锭中心至边部的温度梯度，提高结晶区域铸锭断面的温度均匀程度，获得相对平缓的固液相线，改善铸锭质量。此外，边线叠加能量以达到改善结晶器上缘内壁冷凝物包入熔池对铸锭表面质量影响的目的。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。
[0009]提供一种提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法，包括如下步骤：（1）将钛或钛合金原料装入加料器，进行电子束冷床预热及熔炼；（2）将结晶器区域电子束扫描图形进行如下设置：在结晶器区域坩埚主图形基础上，叠加四周边部的边线图形，提高与坩埚结晶器相接触部分钛液的电子束输入能量，使得边部液体温度提高；（3）所述钛或钛合金原料熔化完毕流料至流道断流，关闭所有边线图形，保留所述坩埚主图形，并随时间递减发射电流、缩小所述坩埚主图形面积，完成铸锭热封顶，冷却后出炉。
[0010]作为本专利技术的进一步说明，步骤（1）中的所述将钛或钛合金原料装入加料器，进行电子束冷床预热及熔炼，包括：（101）将钛或钛合金原料装入加料器，抽真空至满足启枪条件后打开电子枪对熔化冷床、精炼冷床以及溢流冷床区域进行预热，至凝壳充分熔化后完成预热。
[0011]（102）将所述钛或钛合金原料下料熔化，新鲜钛液进入熔池，逐步填充所述熔化冷床、所述精炼冷床、所述溢流冷床以及所述坩埚结晶器后，进入正常熔炼阶段。
[0012]作为本专利技术的进一步说明，步骤（2）中的所述在结晶器区域坩埚主图形基础上，叠加四周边部的边线图形，包括：所述主图形覆盖整个区域，近溢流口的拉锭近端设置宽度同所述主图形、长度为所述主图形长度5%至20%的扫描图形，与所述主图形重合并贴近其近溢流口一端边线，定义近端边线图形；拉锭远端设置宽度同所述主图形、长度为所述主图形长度5%至25%的扫描图形，与所述主图形重合并贴近其拉锭远端边线，定义远端边线图形。
[0013]作为本专利技术的进一步说明，步骤（2）中的所述在结晶器区域坩埚主图形基础上，叠加四周边部的边线图形，还包括：在结晶器区域内部的上下边部设置宽度为所述主图形宽度5%至18%、长度同所述主图形的扫描图形，位置分别贴近所述主图形内部的上下边线，定义上边线图形和下边线图形。
[0014]作为本专利技术的进一步说明，所述近端边线图形的扫描持续时间为30
‑
80ms；所述远端边线图形的扫描持续时间为20
‑
100ms；所述上边线图形和所述下边线图形的扫描持续时间为60
‑
220ms。
[0015]作为本专利技术的进一步说明，步骤（3）中的所述发射电流递减至0；所述坩埚主图形面积缩小至50%。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术所提供的一种提高钛及钛合金EB锭表面质量的方法，通过设计结晶区域的电子束图形，降低激冷作用的影响，促进铸锭断面的温度均匀、保持液位稳定高度以及边部
包入冷凝物的充分融解，改善铸锭冷隔与夹杂等表面缺陷，提高铸锭加工成材率。
[0017]（1）通过在结晶区域坩埚主图形基础上，叠加四周边部的边线图形，使得边部钛液温度相对提高，促进了钛液填充，避免与结晶器相邻的激冷作用，有效改善表面冷隔、拉裂等拉锭过程中造成的铸锭缺陷。
[0018]（2）通过边线图形的叠加设计，使其拥有相对主图形较高的能量，可以较好地清除结晶器上缘内壁偶发包入熔池的冷凝物，避免在铸锭中形成不溶物或夹杂等缺陷。
[0019]（3）通过边线图形的叠加，设计合适的图形范围与停驻时间参数，合理制定能量分布，使得坩埚内待凝固熔体温度更加均匀，固液两相线更为平滑，铸锭外侧与芯部的凝固过程趋于同步，铸锭内部质量得到改善提升。
[0020]本专利技术通过电子束工艺的改进，可显著提升铸锭表面质量，降低铸锭表面缺陷比例，减少铣面量和修磨量，从而提高成材率和生产效率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术中结晶器区域电子束扫描图形示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将钛或钛合金原料装入加料器，进行电子束冷床预热及熔炼；（2）将结晶器区域电子束扫描图形进行如下设置：在结晶器区域坩埚主图形基础上，叠加四周边部的边线图形，提高与坩埚结晶器相接触部分钛液的电子束输入能量，使得边部液体温度提高；（3）所述钛或钛合金原料熔化完毕流料至流道断流，关闭所有边线图形，保留所述坩埚主图形，并随时间递减发射电流、缩小所述坩埚主图形面积，完成铸锭热封顶，冷却后出炉。2.根据权利要求1所述的提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法，其特征在于，步骤（1）中的所述将钛或钛合金原料装入加料器，进行电子束冷床预热及熔炼，包括：（101）将钛或钛合金原料装入加料器，抽真空至满足启枪条件后打开电子枪对熔化冷床、精炼冷床以及溢流冷床区域进行预热，至凝壳充分熔化后完成预热；（102）将所述钛或钛合金原料下料熔化，新鲜钛液进入熔池，逐步填充所述熔化冷床、所述精炼冷床、所述溢流冷床以及所述坩埚结晶器后，进入正常熔炼阶段。3.根据权利要求1所述的提高钛或钛合金EB锭表面质量的方法，其特征在于，步骤（2）中的所述在结晶器区域坩埚主图形基础上，叠加四周边部的边线图形，包括：所述主图形覆盖整...

【专利技术属性】
技术研发人员：李渤渤，裴腾，樊江昆，李金山，
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：