专利名称：一种ta18钛合金铸锭的制造方法
技术领域：
本发明属于钛合金管材技术领域，具体涉及一种TA18钛合金铸锭的制造方法。
背景技术：
TA18(Ti-3Al-2. 5V)合金是低合金化近α的α+β型钛合金，它不仅具有良好的室温、高温机械性能和耐蚀性能，而且具有优异的冷、热加工工艺塑性、成型性和焊接性能。 因此它以优异的综合性能成为航空航天管路系统的首选材料。近年来，随着我国航空航天工业的不断发展，高性能ΤΑ18管材的需求越来越迫切。国内七十年代中期开始对ΤΑ18合金进行研究，目前国内对强度级别620MPa的中强管材有较成熟的生产工艺。近年来，随着航空工业的发展，中强级的TA18管材已不能满足需求，对TA18管材的性能提出了更高强度的要求，要求抗拉强度大于等于862MPa，屈服强度大于等于724MPa，而延伸率则要求不小于12%，这就对化学成份的均勻性提出了更高的要求，截面上的任一点的成分波动，将会导致整根管材乃至整批管材的报废。管材的化学成分均勻性与铸锭有直接关系，要求管材的化学成分均勻，其实是要求铸锭的化学成分要均勻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种加工方法简单，不需要特殊设备，易实现工业化生产的TA18钛合金铸锭的制造方法。采用该制造方法生产出的铸锭，各主要元素成分偏差不大于0. 03 %，杂质元素成分偏差不大于0. 01 %，成分的均方差符合正态分布规律，满足其在航天工业领域的应用要求。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将海绵钛置于烘箱中烘干；步骤二、按照Ti-3A1_2. 5V合金的名义成分称取铝豆、铝箔、AlV合金、铁粉和步骤一中烘干后的海绵钛，将称取的铝豆、AlV合金和铁粉用铝箔包成η个相同的合金包，将所述η个合金包与称取的海绵钛间隔叠放，然后压制成一次电极，其中η为不小于2的自然数；所述η个合金包与称取的海绵钛间隔叠放的方式为将称取的海绵钛平均分成(η+1) 份，然后将所述(η+1)份海绵钛与η个合金包间隔叠放；所述铝箔的质量为Ti-3Al-2. 5V合金中铝质量的1^-3% ；步骤三、将步骤二中所述一次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. IPa lPa，搅拌电流为3A/90s 6A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2 0. 20A/mm2，熔化电压为 32V 35V的条件下进行熔炼，熔炼时预留3kg 5kg —次电极作为预留电极，得到一次铸锭；所述熔炼时预留3kg 5kg —次电极是指熔炼至一次电极剩余3kg 5kg时停止熔炼；步骤四、将多个步骤三中所述一次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到二次电极；步骤五、将步骤四中所述二次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. IPa lPa，搅拌电流为3A/90s 6A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2 0. 20A/mm2，熔化电压为 32V 35V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到二次铸锭；步骤六、将多个步骤五中所述二次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到三次电极；步骤七、将步骤六中所述三次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. IPa lPa，搅拌电流为3A/90s 6A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2 0. 20A/mm2，熔化电压为 32V 35V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到TA18钛合金铸锭。上述步骤一中所述烘干的温度为85°C 100°C。上述步骤二中所述铝豆和铝箔的质量纯度均为99. 9%以上。上述步骤二中所述AlV合金为粒度为3mm 8mm，质量纯度为99. 8%以上的AlV55
口巫ο上述步骤二中所述铁粉的质量纯度为99. 9%以上。上述步骤二中所述称取海绵钛时，采用精度为0. Olkg的天平。上述步骤二中所述称取AlV合金时，采用精度为0. Ig的天平。上述步骤二中所述称取铝箔、铝豆和铁粉时，均采用精度为0. Olg的天平。上述步骤二中所述合金包的长度比压制成的一次电极的长度小IOmm 15mm。上述步骤二中所述η优选2。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明制造方法简单，不需要特殊设备，采用真空自耗工艺实现铸锭的制造，技术简单可行，易实现工业化生产，同时，通过对熔炼电参数、原料及称重等因素的综合考虑， 调整工艺参数，增加了工艺可操作性，降低了对操作人员的要求。2、采用本发明的制造方法生产出的铸锭，各主要元素(钒和铝)成分偏差不大于 0. 03%，杂质元素(铁、氧、碳、氮和氢)成分偏差不大于0.01%，成分的均方差符合正态分布规律，满足其在航天工业领域的应用要求。3、本发明适用于抗拉强度彡862MPa,屈服强度彡724MPa的TA18航空管材用钛合金铸锭的生产。下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施例方式实施例1步骤一、将海绵钛置于烘箱中，在温度为85°C的条件下烘干；步骤二、按照Ti-3A1_2. 5V合金的名义成分称取质量纯度为99. 9%以上的铝豆、 质量纯度为99. 9%以上的铝箔(铝箔的质量为Ti-3Al-2. 5V合金中铝质量的1 % )、粒度为3mm的AlV55合金(质量纯度为99. 8%以上)、质量纯度为99. 9%以上的铁粉和步骤一中烘干后的海绵钛，将称取的铝豆、AlV合金和铁粉用铝箔包成2个相同的合金包，将所述2 个合金包与称取的海绵钛间隔叠放，然后压制成一次电极；所述称取海绵钛时，采用精度为0. Olkg的天平；所述称取AlV合金时，采用精度为0. Ig的天平；所述称取铝箔、铝豆和铁粉时，均采用精度为0. Olg的天平；所述2个合金包与称取的海绵钛间隔叠放的方式为将称取的海绵钛平均分成3份，然后将所述3份海绵钛与2个合金包间隔叠放；所述合金包的长度比压制成的一次电极的长度小15mm ；步骤三、将步骤二中所述一次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. lPa，搅拌电流为3A/90S (在电流为3A的条件下搅拌，每搅拌90s搅拌方向变换一次)，熔化电流密度为0. 12A/mm2，熔化电压为32V的条件下进行熔炼，熔炼时预留3kg —次电极作为预留电极，得到一次铸锭；所述熔炼时预留3kg —次电极是指熔炼至一次电极剩余3kg时停止熔炼；步骤四、将两个步骤三中所述一次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到二次电极；步骤五、将步骤四中所述二次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. lPa，搅拌电流为6A/90S (在电流为6A的条件下搅拌，每搅拌90s搅拌方向变换一次)，熔化电流密度为0. 15A/mm2，熔化电压为33V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到二次铸锭；步骤六、将五个步骤五中所述二次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到三次电极；步骤七、将步骤六中所述三次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. lPa，搅拌电流为3A/90S (在电流为3A的条件下搅拌，每搅拌90s搅拌方向变换一次)，熔化电流密度为0. 12A/mm2，熔化电压为33V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到TA18钛合金铸锭。本实施例制造的TA18钛合金铸锭中各主要元素(钒和铝，钛为基材元素，不考虑其成分偏差)成分偏差不大于0.03%，杂质元素(铁、氧、碳、氮和氢)成分偏差不大于 0.01%，成分的均方差(见表1)符合正态分布规律，满足其在航天工业领域的应用要求。实施例2步骤一、将海绵钛置于烘箱中，在温度为100°C的条件下烘干；步骤二、按照Ti-3A1_2. 5V合金的名义成分称取质量纯度为99. 9%以上的铝豆、 质量纯度为99. 9%以上的铝箔(铝箔的质量为Ti-3Al-2. 5V合金中铝质量的2% )、粒度为5mm的AlV55合金(质量纯度为99. 8%以上)、质量纯度为99. 9%以上的铁粉和步骤一中烘干后的海绵钛，将称取的铝豆、AlV合金和铁粉用铝箔包成3个相同的合金包，将所述3 个合金包与称取的海绵钛间隔叠放，然后压制成一次电极；所述称取海绵钛时，采用精度为 0. Olkg的天平；所述称取AlV合金时，采用精度为0. Ig的天平；所述称取铝箔、铝豆和铁粉时，均采用精度为0. Olg的天平；所述3个合金包与称取的海绵钛间隔叠放的方式为将称取的海绵钛平均分成4份，然后将所述4份海绵钛与3个合金包间隔叠放；所述合金包的长度比压制成的一次电极的长度小IOmm ；步骤三、将步骤二中所述一次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为lPa，搅拌电流为6A/90s，熔化电流密度为0. 20A/mm2，熔化电压为35V的条件下进行熔炼，熔炼时预留5kg —次电极作为预留电极，得到一次铸锭；所述熔炼时预留5kg —次电极是指熔炼至一次电极剩余5kg时停止熔炼；
步骤四、将三个步骤三中所述一次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到二次电极；步骤五、将步骤四中所述二次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0.5Pa，搅拌电流为5A/90s，熔化电流密度为0. 18A/mm2，熔化电压为35V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到二次铸锭；步骤六、将三个步骤五中所述二次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到三次电极；步骤七、将步骤六中所述三次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为lPa，搅拌电流为3A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2，熔化电压为32V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到TA18钛合金铸锭。本实施例制造的TA18钛合金铸锭中各主要元素(钒和铝，钛为基材元素，不考虑其成分偏差)成分偏差不大于0. 03%，杂质元素(铁、氧、碳、氮和氢)成分偏差不大于 0.01%，成分的均方差(见表1)符合正态分布规律，满足其在航天工业领域的应用要求。实施例3步骤一、将海绵钛置于烘箱中，在温度为95°C的条件下烘干；步骤二、按照Ti-3A1_2. 5V合金的名义成分称取质量纯度为99. 9%以上的铝豆、 质量纯度为99. 9%以上的铝箔(铝箔的质量为Ti-3Al-2. 5V合金中铝质量的3% )、粒度为8mm的AlV55合金(质量纯度为99. 8%以上)、质量纯度为99. 9%以上的铁粉和步骤一中烘干后的海绵钛，将称取的铝豆、AlV合金和铁粉用铝箔包成4个相同的合金包，将所述4 个合金包与称取的海绵钛间隔叠放，然后压制成一次电极；所述称取海绵钛时，采用精度为 0. Olkg的天平；所述称取AlV合金时，采用精度为0. Ig的天平；所述称取铝箔、铝豆和铁粉时，均采用精度为0. Olg的天平；所述4个合金包与称取的海绵钛间隔叠放的方式为将称取的海绵钛平均分成5份，然后将所述5份海绵钛与4个合金包间隔叠放；所述合金包的长度比压制成的一次电极的长度小12mm ；步骤三、将步骤二中所述一次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0.5Pa，搅拌电流为4A/90s，熔化电流密度为0. 14A/mm2，熔化电压为34V的条件下进行熔炼，熔炼时预留4kg —次电极作为预留电极，得到一次铸锭；所述熔炼时预留4kg —次电极是指熔炼至一次电极剩余4kg时停止熔炼；步骤四、将四个步骤三中所述一次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到二次电极；步骤五、将步骤四中所述二次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为lPa，搅拌电流为3A/90s，熔化电流密度为0. 20A/mm2，熔化电压为32V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到二次铸锭；步骤六、将三个步骤五中所述二次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到三次电极；步骤七、将步骤六中所述三次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0.8Pa，搅拌电流为6A/90s，熔化电流密度为0. 20A/mm2，熔化电压为35V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到TA18钛合金铸锭。本实施例制造的TA18钛合金铸锭中各主要元素(钒和铝，钛为基材元素，不考虑其成分偏差)成分偏差不大于0. 03%，杂质元素(铁、氧、碳、氮和氢)成分偏差不大于 0.01%，成分的均方差(见表1)符合正态分布规律，满足其在航天工业领域的应用要求。实施例4步骤一、将海绵钛置于烘箱中，在温度为90°C的条件下烘干；步骤二、按照Ti-3A1_2. 5V合金的名义成分称取质量纯度为99. 9%以上的铝豆、 质量纯度为99. 9%以上的铝箔(铝箔的质量为Ti-3Al-2. 5V合金中铝质量的2% )、粒度为6mm的AlV55合金(质量纯度为99. 8%以上)、质量纯度为99. 9%以上的铁粉和步骤一中烘干后的海绵钛，将称取的铝豆、AlV合金和铁粉用铝箔包成2个相同的合金包，将所述2 个合金包与称取的海绵钛间隔叠放，然后压制成一次电极；所述称取海绵钛时，采用精度为 0. Olkg的天平；所述称取AlV合金时，采用精度为0. Ig的天平；所述称取铝箔、铝豆和铁粉时，均采用精度为0. Olg的天平；所述2个合金包与称取的海绵钛间隔叠放的方式为将称取的海绵钛平均分成3份，然后将所述3份海绵钛与2个合金包间隔叠放；所述合金包的长度比压制成的一次电极的长度小13mm ；步骤三、将步骤二中所述一次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为lPa，搅拌电流为5A/90s，熔化电流密度为0. 18A/mm2，熔化电压为35V的条件下进行熔炼，熔炼时预留5kg —次电极作为预留电极，得到一次铸锭；所述熔炼时预留5kg —次电极是指熔炼至一次电极剩余5kg时停止熔炼；步骤四、将五个步骤三中所述一次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到二次电极；步骤五、将步骤四中所述二次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为lPa，搅拌电流为4A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2，熔化电压为32V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到二次铸锭；步骤六、将两个步骤五中所述二次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到三次电极；步骤七、将步骤六中所述三次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为lPa，搅拌电流为5A/90s，熔化电流密度为0. 16A/mm2，熔化电压为34V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到TA18钛合金铸锭。本实施例制造的TA18钛合金铸锭中各主要元素(钒和铝，钛为基材元素，不考虑其成分偏差)成分偏差不大于0. 03%，杂质元素(铁、氧、碳、氮和氢)成分偏差不大于 0.01%，成分的均方差(见表1)符合正态分布规律，满足其在航天工业领域的应用要求。表1实施例1-4制造的TA18钛合金铸锭的成分检测结果
权利要求
1.一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将海绵钛置于烘箱中烘干；步骤二、按照Ti_3Al-2. 5V合金的名义成分称取铝豆、铝箔、AlV合金、铁粉和步骤一中烘干后的海绵钛，将称取的铝豆、AlV合金和铁粉用铝箔包成η个相同的合金包，将所述η个合金包与称取的海绵钛间隔叠放，然后压制成一次电极，其中η为不小于2的自然数；所述η个合金包与称取的海绵钛间隔叠放的方式为将称取的海绵钛平均分成(η+1)份，然后将所述(η+1)份海绵钛与η个合金包间隔叠放；所述招箔的质量为Ti-3Al-2. 5V合金中铝质量的 3% ；步骤三、将步骤二中所述一次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. IPa lPa， 搅拌电流为3A/90s 6A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2 0. 20A/mm2，熔化电压为32V 35V的条件下进行熔炼，熔炼时预留3kg 5kg —次电极作为预留电极，得到一次铸锭；所述熔炼时预留3kg 5kg —次电极是指熔炼至一次电极剩余3kg 5kg时停止熔炼；步骤四、将多个步骤三中所述一次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到二次电极；步骤五、将步骤四中所述二次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. IPa lPa， 搅拌电流为3A/90s 6A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2 0. 20A/mm2，熔化电压为32V 35V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到二次铸锭；步骤六、将多个步骤五中所述二次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次进行焊接，得到三次电极；步骤七、将步骤六中所述三次电极置于真空自耗电弧炉中，在真空度为0. IPa lPa， 搅拌电流为3A/90s 6A/90s，熔化电流密度为0. 12A/mm2 0. 20A/mm2，熔化电压为32V 35V的条件下进行熔炼，熔炼至步骤三中所述预留电极时停止熔炼，得到TA18钛合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤一中所述烘干的温度为85°C 100°C。
3.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述铝豆和铝箔的质量纯度均为99. 9%以上。
4.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述AlV合金为粒度为3mm 8mm，质量纯度为99. 8%以上的AlV55合金。
5.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述铁粉的质量纯度为99. 9%以上。
6.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述称取海绵钛时，采用精度为0. Olkg的天平。
7.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述称取AlV合金时，采用精度为0. Ig的天平。
8.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述称取铝箔、铝豆和铁粉时，均采用精度为0. Olg的天平。
9.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述合金包的长度比压制成的一次电极的长度小IOmm 15mm。
10.根据权利要求1所述的一种TA18钛合金铸锭的制造方法，其特征在于，步骤二中所述η为2。
全文摘要
本发明公开了一种TA18钛合金铸锭的制造方法，该方法为首先按照Ti-3Al-2.5V合金的名义成分称取原料压制成一次电极，然后在真空自耗电弧炉中对一次电极进行熔炼，熔炼时预留3kg～5kg一次电极作为预留电极，得到一次铸锭，接着将多个一次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次焊接成二次电极，将二次电极熔炼至预留电极得到二次铸锭，最后将多个二次铸锭按照冒口与锭底对焊的方式依次焊接成三次电极，将三次电极熔炼至预留电极得到TA18钛合金铸锭。采用本发明的方法制造的铸锭中各主要元素成分偏差不大于0.03％，杂质元素成分偏差不大于0.01％，成分的均方差符合正态分布规律，满足其在航天工业领域的应用要求。
文档编号C22C14/00GK102304633SQ20111025110
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者南莉, 席锦会, 廖强, 文周峰, 李刚, 杨亚社, 杨建朝, 杨永福, 王莎, 罗登超, 董宏军, 齐元昊 申请人:西部钛业有限责任公司