一种高均匀性WSTi62441S钛合金铸锭的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种高均匀性WSTi62441S钛合金铸锭的制备方法。
【背景技术】
[0002]WSTi62441S 钛合金名义成分为:T1-6Al-2Sn-4Zr-4Mo_lW-(X 2Si，属于热强高温α+β型钛合金，使用温度在500?550°C，主要使用在航空发动机的高压压气机盘和叶片。
[0003]此钛合金含有6个主元素，每个主元素的物理化学性能不一样。熔炼铸锭时，每种元素的均匀性控制存在一定的技术难度。例如此钛合金含有高熔点元素Mo (熔点为2625V )和W(熔点为3423°C)，及易挥发元素Sn，以及微量元素Si。如控制不当，有可能降低铸锭质量，直接影响后续的加工产品性能。同时，此钛合金要求严格控制杂质和间隙元素的含量(Fe彡0.15%、N彡0.05%、O彡0.15%、H彡0.01% )，以保证该材料具有良好的工艺性能和力学性能，以上要求均为熔炼工作中的技术难点。
[0004]常规的钛合金铸锭熔炼工艺如TC4铸锭熔炼工艺由于涉及的成分主元素(3个)小于此钛合金的成分主元素(6个)，同时不包含高熔点元素Mo、W等，其工艺不足以使此钛合金各组元成分合金化和均匀化，已不适用此钛合金铸锭的生产。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种高均匀性WSTi62441S钛合金铸锭的制备方法，能使该钛合金各组元成分充分合金化和均匀化，解决了现有制备方法存在的成分偏析，杂质和间隙元素的含量控制性差，批次稳定性低的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种高均匀性WSTi62441S钛合金铸锭的制备方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1:混料
[0008]选用I级或O级海绵钛，与中间合金Al-Mo合金按Mo含量3.5%?4.5%比例配入，T1-Sn合金按Sn含量1.0%?2.5%比例配入，AlMoffTi合金按W含量0.4?1.5%比例配入，Al含量按6.0 %?7.0 %比例配入，海绵锆按Zr含量3.0?4.5 %比例配入，T1-Si合金按Si含量0.2%?0.25%配入，采用单块混料方法进行混料；
[0009]步骤2:自耗电极压制及焊接
[0010]对步骤I混好的料进行电极压制，采用非钨极氩气保护等离子箱将压制好的电极块焊接为自耗电极；
[0011]步骤3:熔炼
[0012]采用真空自耗电弧炉对步骤2得到的自耗电极进行多次真空熔炼，熔前真空度(2.0Pa,熔炼电压30?40V，熔炼电流10?35kA，漏气率彡0.8Pa/min，稳弧电流3?20A，熔炼后冷却时间不小于4小时，得到高均匀性WSTi62441S钛合金铸锭。
[0013]本发明的特点还在于，
[0014]步骤I混料后得到合金配比的质量百分比为:A1为6.0%?7.0%、Sn为1.0%?
2.5 %、Mo 为 3.5 % ?4.5 %、Zr 为 3.0 % ?4.5 %，Si 为 0.20 % ?0.25 %，W 为 0.4 % ?1.5%，其余为Ti，各元素质量百分比之和为100%。
[0015]步骤2中压制的压强不小于20MPa，保压时间不小于3s。
[0016]步骤2中焊接的电流不小于250A，焊接电压不小于40V。
[0017]步骤3的多次真空熔炼为三次真空熔炼，具体为:
[0018]一次熔炼:结晶器规格Φ280?0560mm，熔前真空度彡2.0Pa，熔炼电压30?40V，熔炼电流10?20kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流3?18A，熔炼后冷却时间不小于4小时，熔炼完成后需在车床上做平头处理；
[0019]二次熔炼:平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ440??640mm，熔前真空度(1.0Pa，熔炼电压30?45V，熔炼电流12?30kA ;漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流5?20A，熔炼后冷却时间不小于6小时；
[0020]三次熔炼:将二次熔炼后平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ560?Φ 720mm，熔前真空度彡0.8Pa，熔炼电压30?45V，熔炼电流20?35kA ;漏气率彡0.5Pa/min，稳弧电流采用交流8?20A，熔炼后冷却时间不小于6小时。
[0021]本发明的有益效果是:本发明一种高均匀性WSTi62441S钛合金铸锭的制备方法，通过合理的合金比例进行混料，对电极进行多次真空熔炼并合理控制熔炼的工艺参数，能使该钛合金各组元成分充分合金化和均匀化，解决了现有制备方法存在的成分偏析，杂质和间隙元素的含量控制性差，批次稳定性低的问题，制备的WSTi62441S钛合金元素成分均一、批次稳定性良好，适用于Φ560?Φ720mm规格WSTi62441S钛合金铸锭的工业化生产。
【附图说明】
[0022]图1 (a)是对采用本发明方法得到的铸锭纵向5点取样示意图；
[0023]图1 (b)是对采用本发明方法得到的铸锭横向9点取样示意图；
[0024]图2是本发明实施例1得到的铸锭纵向5点化学成分图；
[0025]图3是本发明实施例1得到的铸锭横向9点化学成分图；
[0026]图4是本发明实施例2得到的铸锭纵向5点化学成分图；
[0027]图5是本发明实施例2得到的铸锭横向9点化学成分图；
[0028]图6是本发明实施例3得到的铸锭纵向5点化学成分图；
[0029]图7是本发明实施例3得到的铸锭横向9点化学成分图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0031]本发明一种高均匀性WSTi62441S钛合金铸锭的制备方法，具体包括以下步骤:
[0032]步骤1:混料
[0033]选用I级或O级海绵钛，与中间合金Al-Mo合金按Mo含量3.5%?4.5%比例配入，T1-Sn合金按Sn含量L 0%?2.5%比例配入，AlMoWTi合金按W含量0.4%?L 5%比例配入，Al含量按6.0 %?7.0 %比例配入，海绵锆按Zr含量3.0 %?4.5 %比例配入，T1-Si合金按Si含量0.2%?0.25%配入，采用单块混料方法进行混料，得到合金配比的质量百分比为:A1 为 6.0%?7.0%、Sn 为 1.0%?2.5%、Mo 为 3.5%?4.5%、Zr 为 3.0%?4.5%，Si为0.20%?0.25%，W为0.4%?1.5%，其余为Ti，各元素质量百分比之和为100% ；
[0034]步骤2:自耗电极压制及焊接
[0035]采用大型油压机对步骤I混好的料进行电极压制，压制的压强不小于20MPa，保压时间不小于3s，采用非钨极氩气保护等离子箱将压制好的电极块焊接为自耗电极，要求焊接电流不小于250A，焊接电压不小于40V ；
[0036]步骤3 ??熔炼
[0037]采用真空自耗电弧炉对步骤2得到的自耗电极进行三次真空熔炼，具体为:
[0038]一次熔炼:结晶器规格Φ280?0560mm，熔前真空度彡2.0Pa，熔炼电压30?40V，熔炼电流10?20kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流3?18A，熔炼后冷却时间不小于4小时，熔炼完成后需在车床上做平头处理；
[0039]二次熔炼:平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ440??640mm，熔前真空度(1.0Pa，熔炼电压30?45V，熔炼电流12?30kA ;漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流5?20A，熔炼后冷却时间不小于6小时；
[0040]三次熔炼:将二次熔炼后平头处理的铸锭掉头熔炼，结晶器规格Φ560?Φ 720mm，熔前真空度彡0.8Pa，熔炼电压30?45V，熔炼电流20?35kA ;漏气率彡0.5Pa/min，稳弧电流采用交流8?20A，熔炼后冷却时间不小于6小时。
[0041]本发明的有益效果是:通过合理的合金比例进行混料，对自耗电极进行多次真空熔炼并合理控制熔炼的工艺参数，能使WSTi62441S钛合金铸锭各组元成分充分合金化和均匀化，铸锭合金元素在铸锭纵向和横向上分布均匀，有效的解决了成分偏析，杂质和间隙元素的含量控制性差，批次稳定性低的问题，适用于Φ560?Φ720πιπι规格WSTi62441S钛合金铸锭的工业化生产。
[0042]实施例1
[0043]步骤1:混料
[0044]选用I级以上海绵钛，与中间合金Al-Mo合金按Mo含量4.0 %比例配入，T1-Sn合金按Sn含量1.0%比例配入，AlMoWTi合金按W含量1.5%比例配入，Al含量按7.0%比例配入，海绵锆按Zr含量3.0%比例配入，T1-Si合金按Si含量0.23%配入，采用单块混料方法进行混料，得到合金配比的质量百分比为:A1为7.0%、Sn为1.0%、MoS4.0%、ZrS3.0%，W为1.5%，Si元素为0.23%，其余为Ti，各元素质量百分比之和为100% ；
[0045]步骤2:自耗电极压制及焊接
[0046]采用大型油压机对步骤I混好的料进行电极压制，压制压强20MPa，保压时间6s，采用非钨极氩气保护等离子箱将压制好的电极块焊接为自耗电极，焊接电流250A，焊接电压 40V ；
[0047]步骤3:采用真空自耗电弧炉对步骤2得到的自耗电极进行三次真空熔炼，具体为:
[0048]一次熔炼:结晶器规格Φ360mm，熔前真空度< 2.0Pa，熔炼电压30?36V，熔炼电流10?16kA，漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用直流3?10A，熔炼后冷却时间6小时，熔炼完成后需在车床上做平头处理；
[0049]二次熔炼:平头处理的铸锭掉头熔炼；结晶器规格Φ440mm，熔前真空度< 1.0Pa,熔炼电压30?40V，熔炼电流12?18kA ;漏气率控制在0.8Pa/min以下，稳弧电流采用交流6?12A，熔炼