一种用于制造技术

本发明专利技术提供了一种用于

【技术实现步骤摘要】
一种用于600
℃
的铸造高温钛合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属合金材料冶金领域，特别提供一种用于
600℃
的
Ti
‑
Al
‑
Sn
‑
Zr
‑
Mo
‑
Si
‑
Nb
‑
Ta
‑
W
‑
B
‑
C
‑
Y
系
(
简称
TWBC)
铸造高温钛合金成分及其真空感应磁悬浮熔炼制备方法
。

技术介绍

[0002]在航空航天等领域，钛合金的应用非常广泛
。
其中高温钛合金可以在耐
400℃
及以上的温度使用，作为优异钛合金的代表，高温钛合金相比一般钛合金具有更佳的综合性能，特别是在高温条件下，强度
、
蠕变
、
疲劳性能都十分优异
。
高温钛合金的制备方法主要为铸造成形
。
结构复杂的产品，不适合使用锻造或者轧制的方法，铸造成形的方法可以实现高效率一体成形，原材料利用率高
。
与普通铸造钛合金相比，高温钛合金合金化程度高，部分合金元素，例如
W、Mo、Nb、Ta
等，熔点较高，难以熔化，合金元素均匀性差
。
铸造充型过程中，
Si、Sn、Zr、Mo
等合金元素会不同程度降低合金流动性和充填性，降低充型质量，大幅增加缩松
、
缩孔
、
裂纹
、
夹杂等缺陷，导致合金塑性和抗氧化性降低，热裂倾向严重，焊接难度加大
。
[0003]真空感应磁悬浮熔炼技术是目前世界上先进的熔炼易氧化合金的方法之一
。
利用该方法通过在炉料中持续的电磁感应加热，使炉料迅速升温而熔化，并通过熔体中强烈的电磁搅拌作用，使熔体整体成分
、
温度均匀一致；金属炉料由于水冷铜坩埚的激冷作用而形成一层极薄的凝壳，把熔融的金属与坩埚壁隔开，阻断了合金熔体与铜坩埚之间的反应，避免了坩埚材料对金属熔体的污染
。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种用于
600℃
的铸造高温钛合金及其制备方法，所述钛合金为
Ti
‑
Al
‑
Sn
‑
Zr
‑
Mo
‑
Si
‑
Nb
‑
Ta
‑
W
‑
B
‑
C
‑
Y
系
(
简称
TWBC)
铸造钛合金，本专利技术通过对铸造高温钛合金成分的优化以及熔炼方式的改进，进一步提高了铸造高温钛合金的力学性能，解决了合金成分均匀性差等问题
。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种用于
600℃
的铸造高温钛合金，其特征在于，所述钛合金的成分为重量百分比：
Al 4.50
‑
5.00
％，
Sn 3.50
‑
4.00
％，
Zr 1.80
‑
2.20
％，
Mo 0.50
‑
3.00
％，
Si0.20
‑
0.40
％，
Nb 0.35
‑
1.00
％，
Ta 0.35
‑
1.00
％，
W 0.35
‑
1.00
％，
Y 0
‑
0.04
％，
B0.020
‑
0.050
％，
C 0.020
‑
0.040
％，
Ti
余量
。
[0007]作为优选的技术方案：
[0008]当
Mo
和
Si
的总含量范围在2‑3％时，合金的
600℃
抗拉强度能达到
600MPa
以上；同晶型稳定元素
Nb、Ta、W
等比例添加，即
Nb、Ta、W
含量均为
0.5
％时，合金的室温抗拉强度能达到
1000MPa
以上
。
[0009]本专利技术提供了所述用于
600℃
的铸造高温钛合金的制备方法，具体步骤如下：
[0010](1)
称料
[0011]按照钛合金的成分配比，称取海绵钛
、
铝块
、
单质元素及中间合金，按种类分别装
在不同的容器中备用；
[0012](2)
装炉
[0013]将石墨铸型放到炉膛浇注位置，翻转水冷铜坩埚校准铸型的位置，再将步骤
(1)
所称原料装入水冷铜坩埚内；
[0014](3)
关闭炉门后抽真空，抽真空按以下方式完成：
[0015]使用机械泵预抽真空，真空度达到
1000Pa
以下，开启罗茨泵抽真空，真空度达到1×
10
‑1Pa
以下，充氩气至
5000Pa
，重复上述抽真空和充氩气过程3次，最后充氩气至
10000
‑
20000Pa
准备熔炼；
[0016](4)
熔炼
[0017]熔炼时，先提高功率至
50kw
，保持1分钟；提高功率至
100kw
，保持1分钟；提高功率至
150kw
，保持1分钟；提高功率至
200kw
，保持功率直至熔化完全，若该功率下不能熔化完全，则提高功率至
250kw
，直至所有原料全部熔化；
[0018](5)
均匀化
[0019]原料全部熔化后，合金熔液在悬浮力的作用下保持悬浮或半悬浮状态，功率
200kw
保持
10
分钟，然后降低功率至
50kw
，保持1分钟，再升高功率至
200kw
，保持
10
分钟，重复上述降低功率升高功率过程3次，通过电磁搅拌的作用，使合金成分更加均匀化；
[0020](6)
熔炼完成后，将合金熔液浇注到石墨铸型中，冷却按以下方式完成：
[0021]使用机械泵预抽真空，真空度达到
1000Pa
以下，开启罗茨泵抽真空，真空度达到1×
10
‑1Pa
以下，保持本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于
600℃
的铸造高温钛合金，其特征在于，所述钛合金的成分为重量百分比：
Al 4.50
‑
5.00
％，
Sn 3.50
‑
4.00
％，
Zr 1.80
‑
2.20
％，
Mo 0.50
‑
3.00
％，
Si 0.20
‑
0.40
％，
Nb 0.35
‑
1.00
％，
Ta 0.35
‑
1.00
％，
W 0.35
‑
1.00
％，
Y 0
‑
0.04
％，
B0.020
‑
0.050
％，
C 0.020
‑
0.040
％，
Ti
余量
。2.
按照权利要求1所述用于
600℃
的铸造高温钛合金，其特征在于：
Mo
和
Si
的总含量范围在2‑3％
。3.
按照权利要求1所述用于
600℃
的铸造高温钛合金，其特征在于：
Nb、Ta、W
含量均为
0.5
％
。4.
一种权利要求1所述用于
600℃
的铸造高温钛合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)
称料按照钛合金的成分配比，称取海绵钛
、
铝块
、
单质元素及中间合金，按种类分别装在不同的容器中备用；
(2)
装炉将石墨铸型放到炉膛浇注位置，翻转水冷铜坩埚校准铸型的位置，再将步骤
(1)
所称原料装入水冷铜坩埚内；
(3)
关闭炉门后抽真空，抽真空按以下方式完成：使用机械泵预抽真空，真空度达到
1000Pa
以下，开启罗茨泵抽真空，真空度达到1×
10
‑1Pa
以下，充氩气至
5000Pa
，重复上述抽真空和充氩气过程3次，最后充氩气至
10000
‑
20000Pa
准备熔炼；
(4)
熔炼熔炼时，先提高功率至
50kw
，保持1分钟；提高功率至
100kw
，保持1分钟；提高功率至
150kw
，保持1分钟；提高功率至
200kw
，保持功率直至熔化完全，若该功率下不能熔化完全，则提高功率至
250kw
，直至所有原料全部熔化；
(5)
均匀化原料全部熔化后，合金熔液在悬浮力的作用下保持悬浮或半悬浮状态，功率
200kw
保持
10
分钟，然后降低功率至
50kw
，保持1分钟，再升高功率至
200kw
，保持
10
分钟，重复上述降低功率升高功率过程3次，通过电磁搅拌的作用，使合金成分更加均匀化；
(6)
熔炼完成后，将合金熔液浇注到石墨铸型中，冷却按以下方式完成：使用机械泵预抽真空，真空度达到
1000Pa
以下，开启罗茨泵抽真空，真空度达到1×
10
‑1Pa
以下，保持抽真空状态，冷却至室温；
(7)
冷却至...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，史昆，刘时兵，李欣，刘宏宇，张志勇，刘田雨，张新，
申请(专利权)人：中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：