一种高铌含量的钛铌合金铸锭的制备方法与流程

本发明涉及金属冶金，尤其涉及一种高铌含量的钛铌合金铸锭的制备方法。

背景技术：

1、高铌钛合金多为β型钛合金，其晶格结构为体心立方结构，具有良好的加工塑性、低温超导性能，还具有热膨胀小、弹性模量低以及成形性能好等特点，因此广泛应用于航空航天领域。

2、对于铌含量较高的特殊钛合金，铸锭中难熔金属铌的均匀性是保证铸锭质量的关键。但由于铌元素的熔点为2469℃，密度为8.57g/cm3，而钛元素的熔点为1670℃，密度为4.5g/cm3，二者熔点、密度相差较大，导致在真空自耗电弧熔炼过程中极易出现铌不熔块、造成铌夹杂及局部富钛斑，严重影响钛铌合金的铸锭质量。

3、为了解决上述问题，国内研究人员开展了相关工作并形成了若干专利，如公开号为cn110527843a的发明专利提供了一种高铌钛合金均质铸锭的制备方法，其采用铌碎屑和海绵钛混合，并采用合理的布料方式，制备了铌含量不小于40％的钛铌铸锭，但此方法制备原材料工序复杂，且无法保证铌屑的清洁度；又如公开号为cn115029570a的发明专利提供了一种钛铌合金铸锭的制备方法，其通过改变原材料结构形态、控制钛电极块的密度及熔炼工艺解决nb不熔块、成品熔末余留重量大及黑斑问题，但此方法制备的钛锭未能解决高铌含量钛锭的化学成分不均匀问题。因此，需要一种更好的制备方法来提高高铌含量的钛铌合金铸锭的冶金质量。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于提供一种高铌含量的钛铌合金铸锭的制备方法，本申请制备的钛铌合金铸锭合金元素分布均匀、波动较小，且冶金质量高。

2、有鉴于此，本申请提供了一种高铌含量的钛铌合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：

3、a)按照钛铌合金铸锭的成分配比将铌条和海绵钛颗粒称重，再将铌条和海绵钛颗粒按照特定排列方式混料和压制，得到电极块；

4、b)将若干个步骤a)制备的电极块进行组焊，得到自耗电极棒；

5、c)将所述自耗电极棒进行两次熔炼，得到二次铸锭；

6、d)将所述二次铸锭进行锻造，得到钛铌棒坯；

7、e)将所述钛铌棒坯进行扒皮光亮后再进行两次熔炼，得到钛铌合金铸锭；

8、所述特定排列方式包括中心区域和包覆区域，所述中心区域为海绵钛颗粒，所述包覆区域包括呈辐射状排布于所述中心区域周围的若干铌条和分布于相邻铌条之间和铌条外侧的海绵钛颗粒。

9、优选的，步骤a)中，所述铌条和所述海绵钛颗粒的纯度不小于99.8％，所述海绵钛颗粒的粒度为3.0～6.0mm。

10、优选的，步骤b)中，所述电极块的数目为4～12块，所述组焊的方式为钨极氩弧焊。

11、优选的，步骤c)中，所述两次熔炼均采用真空自耗电弧熔炼，所述两次熔炼的熔炼电流独立的为5.0～10.0ka，熔炼电压独立的为20～35v。

12、优选的，所述锻造采用二次镦粗和二次拔长的变形方式。

13、优选的，所述锻造的方式具体为：

14、将所述二次铸锭加热至1000～1300℃后保温2～5h，再采用二次镦粗和二次拔长的变形方式进行锻造。

15、优选的，步骤e)中，所述两次熔炼均采用真空自耗电弧熔炼，所述两次熔炼的熔炼电流独立的为6～10ka，熔炼电压独立的为20～35v。

16、优选的，所述钛铌合金铸锭中的铌含量为47.0～53.0wt％。

17、本申请提供了一种高铌含量的钛铌合金铸锭的制备方法，其以高纯度铌条和细小颗粒的海绵钛为原材料，并且采用特定的排列方式将铌条均匀分布、包裹于海绵钛中，再经两次熔炼获得相对均匀的二次铸锭，进一步通过锻造工艺，消除二次铸锭内的缩孔、疏松缺陷，破碎铸锭内的粗大晶粒，且有效改善铌元素的分布，最后经过二次熔炼，由此制备了铌含量为47.0％～53.0％的钛铌合金铸锭，钛铌合金铸锭的成分分布均匀、波动较小，且无铌夹杂、偏析及富钛斑等缺陷，满足了工业化生产对高品质β型、高铌含量的钛铌合金铸锭的需求。

技术特征：

1.一种高铌含量的钛铌合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述铌条和所述海绵钛颗粒的纯度不小于99.8％，所述海绵钛颗粒的粒度为3.0～6.0mm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述电极块的数目为4～12块，所述组焊的方式为钨极氩弧焊。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述两次熔炼均采用真空自耗电弧熔炼，所述两次熔炼的熔炼电流独立的为5.0～10.0ka，熔炼电压独立的为20～35v。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锻造采用二次镦粗和二次拔长的变形方式。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述锻造的方式具体为：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤e)中，所述两次熔炼均采用真空自耗电弧熔炼，所述两次熔炼的熔炼电流独立的为6～10ka，熔炼电压独立的为20～35v。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛铌合金铸锭中的铌含量为47.0～53.0wt％。

技术总结
本发明提供了一种高铌含量的钛铌合金铸锭的制备方法，包括以下步骤：A)将称重后铌条和海绵钛颗粒按照特定排列方式混料和压制，得到电极块；B)将若干个步骤A)制备的电极块进行组焊，得到自耗电极棒；C)将所述自耗电极棒进行两次熔炼，得到二次铸锭；D)将所述二次铸锭进行锻造，得到钛铌棒坯；E)将所述钛铌棒坯进行扒皮光亮后再进行两次熔炼，得到钛铌合金铸锭。本发明制备的钛铌合金铸锭在室温下为完全的β相，铸锭中铌元素的含量为47.0～53.0wt％，铸锭的化学成分分布均匀、稳定，波动较小，其化学成分偏差≤0.15％，并且无夹杂、偏析、富钛斑等缺陷，满足了工业化生产对高品质β型、高铌含量的钛铌合金铸锭的需求。

技术研发人员：郑涛,陈冰清,施瀚超,闫泰起
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15