【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有色金属加工，涉及tc17钛合金铸锭的制备，具体涉及一种长寿命tc17钛合金铸锭及棒材的制备方法。
技术介绍
1、tc17钛合金(ti-5al-4cr-4mo-2sn-2zr)属于以高强度、高淬透性和高断裂韧性为特征的近β型合金，在航空发动机高压压气机轮盘、引气盘、鼓筒、整体叶盘等关键部件均有应用。tc17钛合金中合金元素多，且含有4％的cr元素，其平衡凝固系数k为0.77，k＜1时溶质元素会降低合金熔点，增大固液两相间距，会使溶质扩散系数降低，凝固区间增大，加重偏析倾向，极易形成β斑冶金缺陷，影响tc17钛合金的高温性能与使用寿命。而且在服役过程中，由于零部件受到高频循环载荷的不断作用，极易引起疲劳失效。此外，tc17钛合金铸锭/棒材中杂质元素fe含量越高，合金的蠕变性能就越差；h元素含量越高，其保载疲劳性能等性能就越差，极大地影响了材料的使用寿命。因此，tc17钛合金铸锭的化学成分的均匀性控制一直是工业化生产控制的难点。而为了获得成分均匀的tc17钛合金铸锭，目前大多企业采用缓慢熔炼的方式，生产效率较低，影响大批量生产。
2、钛合金铸锭工程化制备的常见方法为真空自耗电弧熔炼，在真空自耗电极电弧熔炼中应用直流电源，以电极为负极，结晶器为正极的熔炼方式称为正极性熔炼，这种方式应用最广泛，几乎适用于所有易氧化或难熔金属和合金的熔炼，但仍存在如下缺点：熔池内温度较高，对于易偏析合金而言，成分均匀性与生产效率难以兼顾。因此，如何提高tc17钛合金铸锭的纯净性、均匀性，以及工程化制备的生产效率，是满足材料长寿命
3、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种长寿命tc17钛合金铸锭及棒材的制备方法，解决了现有技术中大规格φ720mm～φ920mm的tc17钛合金铸锭生产效率低，成分均匀性和纯净性控制难度大的问题，以及棒材中h元素控制难度大的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、这种长寿命tc17钛合金铸锭的制备方法，通过配料及电极块压制、电极焊接、电极熔炼来实现，所述电极熔炼中的前两次真空自耗电弧熔炼采用正电极性熔炼方式，第三次熔炼采用反电极性熔炼方式；
4、其中，所述反电极性熔炼方式具体为：将第二次熔炼后获得的二次锭作为电弧放电的正极、结晶器作为电弧放电的负极，采用特定的反电极性熔炼参数控制电弧区和熔池内温度场分布，从而获得长寿命tc17钛合金铸锭。
5、具体地，所述特定的反电极性熔炼参数的获取方式如下：
6、采用计算机数值模拟方法建立第三次真空自耗电弧熔炼的熔炼模型；
7、以现有熔炼方式下熔池内温度场的分布为参考依据，模拟获得反电极性熔炼条件下，与正电极性熔炼时相比，熔池深度减少50mm以上时所对应的熔炼工艺参数，所述熔炼工艺参数包括熔炼电流、熔炼电压等工艺参数。
8、具体地，所述配料是按照tc17钛合金要求的重量百分比称取各原材料，所述原材料包括转子级海绵钛、铝锡锆钼铬中间合金、高纯铝豆和二氧化钛；
9、其中，所述铝锡锆钼铬中间合金包括如下成分，且对应的重量百分比如下：al：28wt.％～30wt.％，sn：11wt.％～13wt.％，zr：11wt.％～13wt.％，mo：22wt.％～24wt.％，cr：22wt.％～24wt.％。
10、具体地，所述铝锡锆钼铬中间合金粒度为1mm～3mm，其制备采用两次熔炼实现：
11、第一次熔炼采用采用铝热还原法，使用高纯铝粉、单质锡、海绵锆、氧化钼、氧化铬为原材料，并控制原材料中杂质元素的含量，在实现初步合金化的同时降低氧化铝夹杂；
12、第二次熔炼采用真空冷结晶器感应熔炼，熔炼炉室内真空度小于0.05pa，熔炼温度为1500℃～1600℃，悬浮精炼时间为13min～17min；然后以3kg/s～5kg/s的速度浇铸至铸铁模具中，且单次浇注量不超过100kg。
13、具体地，所述转子级海绵钛中fe含量小于0.01％，高纯铝豆中fe含量小于0.05％。
14、具体地，所述长寿命tc17钛合金铸锭的规格为φ720mm～φ920mm。
15、具体地，在对所述二次锭进行第三次真空自耗电弧熔炼前，通过对结晶器内壁进行预处理以方便脱模。
16、具体地，通过对结晶器内壁进行预处理，具体包括：
17、先对结晶器的内壁进行清洗、干燥，再对清洗、干燥后的结晶器的内壁喷涂润滑油。
18、具体地，采用喷涂设备对所述结晶器的内壁喷涂润滑油，喷涂设备的旋转速度为50r/min～70r/min，上下进给速度为70mm/min～90mm/min。
19、此外，本专利技术还提供了基于如上部分或全部所述长寿命tc17钛合金铸锭的棒材，采用常规的锻造工艺对长寿命tc17钛合金铸锭进行锻造，得到棒材；其中，在进行1000℃以上锻造前，使用纯钛板包覆在所述长寿命tc17铸锭的圆周面和两个端面处，并焊接密封，用以防止加热过程中出现的增氢现象。
20、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案包括以下有益效果：
21、1)本专利技术采用计算机数值模拟方法建立第三次真空自耗电弧熔炼的熔炼模型，并以现有熔炼方式下熔池内温度场的分布为参考依据，模拟获得反电极性熔炼条件下、第三次熔炼熔池深度更浅(与正电极性熔炼时相比，熔池深度减少50mm以上)时所对应的熔炼工艺参数，减小了实验迭代周期；在进行第三次真空自耗电弧熔炼时，采用特定的反电极性熔炼参数控制电弧区和熔池内温度场分布，提高了tc17钛合金铸锭的成分均匀性和生产效率，解决了现有φ720mm～φ920mm大规格tc17钛合金铸锭的生产效率低，成分均匀性控制难度大，易出现β斑冶金缺陷的问题。
22、2)本专利技术中的铝锡锆钼铬中间合金的粒度为1～3mm，可提高混料的均匀性，采用“铝热还原法结合真空冷结晶器感应熔炼”的方法制备得到，第一次熔炼通过控制原材料的纯度、一次锭扒皮等措施，有效降低了fe、mn、cl等有害杂质的含量；第二次熔炼按照相关工艺参数进行用真空冷结晶器感应熔炼，高真空度有利于气体元素、mn、cl等杂质元素的排出，温度控制在1500℃～1600℃，保持150℃～250℃的过热；悬浮精炼时间控制在13min～17min，一方面可提高熔体的均匀性，另一方面可防止温度过高、时间过长，高饱和蒸气压元素挥发，以精确控制各合金元素的比例，提高各合金元素的均匀性。此外，单次浇注量控制在100kg以内，有利于进一步提高中间合金的均匀性。
23、3)采用喷涂设备对所述结晶器的内壁喷涂润滑油，通过控制喷涂设备的旋转速度和上下进给速度，来保证喷涂后结晶器内壁润滑油的均匀性，有利于铸锭表面质量的提升，方便出炉。
24、4)基于该tc17钛合金铸锭的棒材，在锻造的高温火次，采用纯钛板包覆在长寿命tc17铸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种长寿命TC17钛合金铸锭的制备方法，通过配料及电极块压制、电极焊接、电极熔炼来实现，其特征在于，所述电极熔炼中的前两次真空自耗电弧熔炼采用正电极性熔炼方式，第三次熔炼采用反电极性熔炼方式；
2.根据权利要求1所述长寿命TC17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述特定的反电极性熔炼参数的获取方式如下：
3.根据权利要求1所述长寿命TC17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述配料是按照TC17钛合金要求的重量百分比称取各原材料，所述原材料包括转子级海绵钛、铝锡锆钼铬中间合金、高纯铝豆和二氧化钛；
4.根据权利要求3所述长寿命TC17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述铝锡锆钼铬中间合金粒度为1mm～3mm，其制备采用两次熔炼实现：
5.根据权利要求3所述长寿命TC17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述转子级海绵钛中Fe含量小于0.01％，高纯铝豆中Fe含量小于0.05％。
6.根据权利要求1所述长寿命TC17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述长寿命TC17钛合金铸锭的规格为Φ720mm～Φ920mm。<...
【技术特征摘要】
1.一种长寿命tc17钛合金铸锭的制备方法，通过配料及电极块压制、电极焊接、电极熔炼来实现，其特征在于，所述电极熔炼中的前两次真空自耗电弧熔炼采用正电极性熔炼方式，第三次熔炼采用反电极性熔炼方式；
2.根据权利要求1所述长寿命tc17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述特定的反电极性熔炼参数的获取方式如下：
3.根据权利要求1所述长寿命tc17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述配料是按照tc17钛合金要求的重量百分比称取各原材料，所述原材料包括转子级海绵钛、铝锡锆钼铬中间合金、高纯铝豆和二氧化钛；
4.根据权利要求3所述长寿命tc17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述铝锡锆钼铬中间合金粒度为1mm～3mm，其制备采用两次熔炼实现：
5.根据权利要求3所述长寿命tc17钛合金铸锭的制备方法，其特征在于，所述转子级海绵钛中fe含量小于0.01％，高纯铝豆中fe含量小于0.05％。
6.根据权利要求1所述长寿命tc17钛合金铸锭...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵小花，刘向宏，王凯旋，尚金金，夏勇，楼美琪，杜玉俊，黄龙超，王阳阳，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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