一种低成本钛合金及其均匀化制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铸造铁合金领域，具体设及一种低成本铁合金及其均匀化制备方法。
【背景技术】
[0002] 铁合金具有比强度高、热稳定性好、耐腐蚀及无磁性等优异特性，在航空和航天工 业、能源工业、化学工业等领域得到了应用，但铁合金的价格成为制约其广泛推广的因素， 因而低成本铁合金成为研究的热点。
[0003] 专利公开号为CN102304633A的中国发明专利申请，公开了一种TA18铁合金铸锭的 制造方法，用于制备TA18管材，W适应航空航天管路系统对TA18管材的强度要求。该专利通 过将原料制成一次电极，利用真空自耗电弧炉烙炼，获得二次及Ξ次电极，最终获得TA18 (Ti3A12.5V)铁合金铸锭。
[0004]专利公开号为CN103131896A的中国发明专利申请，公开了 一种低成本近β铁合金， 合金成分按重量百分比计:Α1:0~3%，Cr:4.1~5.5%^6:2~3%，8:0~0.1%，余量为11， 其原料成本约为Ti6A14V的四分之Ξ，基本力学性能与Ti6A14V相当。
[000引专利公开号为CN103045905A的中国发明专利申请，公开了一种低成本铁合金及其 制备方法，合金成分按重量百分比计：Al:0~3%，Cr:1.6~4%，Fe:l~2%，Si:0.01~ 0.13%，B:0~0.1%，余量为Ti，通过将原料制成电极，用常规真空自耗烙炼炉二次烙炼得 到铸锭，其基本力学性能与Ti6A14V相当。
[0006]专利公开号为CN101348876B的中国发明专利，公开了一种低成本高强度铁合金， 合金成分按重量百分比计:Al:4~6%，V:1.9~2.9%，吐：1~3%^6:1~3%，余量为1'巧口 不可避免的杂质。合金热处理后的拉伸性能为:抗拉强度lOOOMPa~1358MPa，延伸率为9~ 18 %。该合金A1的含量接近Ti6A14V合金，但V的含量略低，因此成本低于Ti6A14V合金，但合 金中仍含有A1-V或化-V中间合金。
[0007][0008][0009] 并且目前铁合金的烙炼方法广泛采用真空自耗电极电弧烙炼(VAR烙炼），如公开 号为CN102965531A的中国发明专利，公开了一种含高烙点元素铁合金铸锭的制备方法，通 过将制备铁合金名义化学成分的原料进行混料并压制成电极块，并将若干个电极块焊接成 自耗电极，然后采用真空自耗电弧炉对所制作自耗电极进行烙炼，w获得含高烙点元素的 铁合金铸锭。虽然VAR烙炼技术，能够在烙炼过程中，电极的烙化及烙体的凝固同时进行，较 容易地实现顺序凝固，但在烙炼过程中，由于电极本身的成分均匀性对铸锭成分均匀性影 响显著，如果用原始材料，如海绵铁、侣锭、块状或颗粒状合金元素直接用VAR烙化，得到的 铸锭成分不均匀，而且制备得到的合金抗拉强度、延伸率等性能也会显著降低。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，本发明的目的是提供了一种低成本铁合金及其均匀化制备方法，降低 了成本，提高了铁合金铸锭的成分均匀性，使得铁合金铸锭具有高的抗拉强度和延伸率。 [0011 ]为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[001引一种低成本铁合金，合金成分按质量百分比计为：A1为1.8~4.0%，V为1.2~ 2.0%，化为1.0~3.0%，0为0.1~0.2%，其余为??和无法避免的杂质。
[0013] 本发明还提供了一种低成本铁合金的制备方法，包括W下步骤：
[0014] 1)原料配比：按铁合金各原料组分计算铁源化合物、饥源化合物、侣源化合物、铁 源化合物、氧源化合物用量配比；
[0015] 2)原料摆放:将所述铁源化合物放入水冷铜相蜗感应凝壳炉内摆放好，所述铁源 化合物距离所述水冷铜相蜗感应凝壳炉的顶部距离不小于所述水冷铜相蜗感应凝壳炉高 度的1 /4，再将侣源化合物、饥源化合物和氧源化合物埋在铁源化合物内部；
[0016] 3)烙炼诱注:将水冷铜相蜗感应凝壳炉抽真空后，在电源功率为55~65KW下，预热 2~3min;然后电源功率W20~30KW/min的速度增加到300~350KW后，保溫4~8min;再加入 铁源化合物，同时将电源功率W45~55KW/min的速度增加到400~450KW后，保溫2min，然后 诱注得到铸锭。
[0017] 优选地，原料配比：当合金中A1含量为1.8~3.0 %时，侣源化合物和饥源化合物为 Ti6A14V回收料;氧源化合物为Ti化粉末;铁源化合物为分析纯铁粉;铁源化合物为海绵铁 和Ti6A14V回收料。
[0018] 优选地，原料摆放:将所述海绵铁放到水冷铜相蜗感应凝壳炉内摆放好，所述海绵 铁距离所述水冷铜相蜗感应凝壳炉的顶部距离不小于所述水冷铜相蜗感应凝壳炉高度的 1/4,再将所述Ti6A14V回收料和所述Ti化粉末W交替的顺序从下到上埋放在海绵铁内部。
[0019] 优选地，原料配比：当合金中A1含量大于3.0%，不大于4%时，所述侣源化合物 Ti6A14V回收料和侣锥，所述饥源化合物为Ti6A14V回收料，所述氧源化合物为Ti化粉末;铁 源化合物为分析纯铁粉;铁源化合物为海绵铁和Ti6A14V回收料。
[0020] 优选地，原料摆放:将所述Ti6A14V回收料和所述Ti化粉末W交替的顺序从上到下 摆放，然后外面包裹所述侣锥，制成合金包，再将所述海绵铁放到所述水冷铜相蜗感应凝壳 炉内摆放好，所述海绵铁距离所述水冷铜相蜗感应凝壳炉的顶部距离不小于所述水冷铜相 蜗感应凝壳炉高度的1/4，将所述合金包埋在所述海绵铁内部。
[0021] 优选地，所述Ti6A14V回收料为Ti6A14V铸件生产时废弃的诱道和诱冒系统，所述 Ti6A14V回收料在使用前进行酸洗处理。
[0022] 优选地，所述Ti化粉末中TiO2的含量不小于98% ;所述分析纯铁粉中化的含量不小 于98%;所述侣锥中A1的含量不小于99.5% ;所述Ti6A14V回收料中Ti6A14V含量不低于 99.0% ;所述海绵铁为ο~3级海绵铁。
[0023] 本发明还提供一种低成本铁合金制成的电极锭，可通过重复制备过程获得多个电 极锭，然后将电极锭焊接在一起。
[0024] 通过上述技术方案可W看出，本发明通过提高0元素的含量，使其能够在铁合金晶 格内形成间隙固溶体，提高铁合金强度。同时，为了进一步提高材料强度，降低贵金属V含 量，节省原材料成本，在合金配料过程中加入Fe，Fe是α相稳定元素，能够通过固溶提高材料 强度，使制备的铁合金在保证强度的同时达到降低成本的作用。因此，本发明提供的低成本 铁合金的成分接近Ti6A14V合金成分的一半，但制造成本低，延伸率高，抗拉强度性能在 796MPaW上。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0026] 图1为本发明水冷铜相蜗感应凝壳炉内原料摆放的结构示意图。
[0027] 图中；
[0028] 1、水冷铜相蜗感应凝壳炉;2、海绵铁;3、Ti〇2粉末;4、Ti6A14V回收料;5、侣锥。
【具体实施方式】
[0029] 为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但 是应当理解，运些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的 限制。
[0030] 本发明提供了一种低成本铁合金，合金成分按质量百分比计为:A1为1.8~4.0%， V为1.2~2.0%，化为1.0~3.0%，0为0.1~0.2%，其余为Ti和无法避免的杂质。
[0031] 本发明通过提高0元素的含量，使其能够在铁合金晶格内形成间隙固溶体，提高铁 合金强度。同时，为了进一步提高材料强度，降低贵金属V含量，节省原材料成本，在合金配 料过程中加入Fe，Fe是α相稳定元素，能够通过固溶提高材料强度，使制备的铁合金在保证 强度的