CN109706332A - 一种改善钛合金铸锭表面质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钛合金铸锭熔炼技术领域，涉及一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，包括：将二次熔炼后的钛及钛合金铸锭进行平头处理；将平头处理后的钛及钛合金铸锭在真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；对炉内进行抽真空处理至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到0.8Pa/min以下；设置炉内的起弧电流为6‑9KA，保持时间为10‑30min；打开设备电源，完成熔炼；冷却；炉室放气，将冷却后的钛合金铸锭取出进行车床扒皮处理。本发明通过延长保持时间和加大电流值在引弧期对铸锭进行预热，并对坩埚内壁进行烘烤，降低水汽附着程度，达到充足的真空脱气效果，最终实现在不影响铸锭化学成分均匀性的前提下，改善铸锭表面质量，降低屑重。
Description
技术领域
本发明属于钛合金铸锭熔炼技术领域，具体涉及一种改善钛合金铸锭表面质量的方法。
背景技术
钛合金由于其比强度高、高温性能好、耐蚀性好以及疲劳强度和断裂韧性高等优点，广泛应用于航空、航天、医疗、舰船等领域，并且近年来在自行车、家用器材等方面也有一定的应用。
现有钛合金主要采用真空自耗电弧炉(VAR)进行钛合金的熔炼。工艺流程为：中间合金混布料→压制电极块→组拼电极块→焊接自耗电极→一次VAR熔炼→头部飞边切除→二次VAR熔炼→头部飞边切除→成品VAR熔炼→机加扒皮→机加锯切冒口。对于钛合金铸锭而言，熔炼过程的物料损耗主要包括三大方面：(1)非成品铸锭熔炼过程的无形损耗。(2)成品铸锭冒口切除的重量损耗。(3)成品铸锭扒皮产生的残屑损耗。其中，残屑消耗几乎占到铸锭生产过程总损耗的45.7％，是物料损耗最重要的一部分。
为了提高钛合金铸锭表面质量，目前最常用的技术就是提高成品铸锭熔炼电流或熔炼速度，使得熔池到边更好，兼具一定真空脱气的作用。但该方法存在两处缺点。一方面，提高熔炼电流或熔炼速度会使得熔池深度加深，铸锭偏析倾向更加严重，降低了钛合金铸锭化学成分均匀性。另一方面，提升熔炼电流或熔炼速度，会大幅度增加能耗，加大了生产成本。因此，很多企业和科研单位为了保证铸锭成分均匀性和降低成本放弃了控制铸锭的表面质量，使得钛合金铸锭在生产过程中因为表面质量不良，导致扒皮屑重偏高，严重浪费了钛合金材料，加重了生产成本。此外，成品铸锭熔炼使用的坩埚内壁水汽附着程度对于熔炼过程真空脱气有着重要影响，直接影响着钛合金铸锭最终的表面质量情况。坩埚内壁附着的水汽，由于受到生产流程和设备的限制，没有适用于生产上的烘干和降低水汽的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，提供了一种在钛合金起弧前期，在保证不产生熔炼速度、不影响铸锭化学成分的前提下，通过在引弧期设置合理的电流和时间，达到了良好地真空脱气、预热钛合金铸锭的效果，明显改善了钛合金铸锭表面的质量，降低了屑重比，实现了节约生产成本的目的。
本发明公开的技术方案如下：一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于炉内进行焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为6-9KA，保持时间为10-30min；
(5)打开设备电源，进行起弧熔炼至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却；
(7)炉室放气，将冷却后的钛合金铸锭从炉内取出进行表面机加工。
进一步地，所述步骤1中二次熔炼后的钛合金铸锭的直径为 520-1020mm。
进一步地，所述步骤2中的炉为真空自耗电弧炉。
进一步地，所述步骤4中的熔炼电流为28kA，熔炼电压为35V，稳弧电流为15A。
进一步地，所述步骤6中的冷却时间为3h-9h。
进一步地，所述步骤7中对冷却后的钛合金铸锭进行表面机加工，具体为对钛合金铸锭表面进行车床扒皮处理。
由此可见，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：在钛合金铸锭起弧期中的引弧阶段，通过延长保持时间和加大电流值在引弧期对钛合金铸锭进行预热，并对坩埚内壁进行烘烤，降低水汽附着程度，达到充足地真空脱气效果，最终实现在不影响铸锭化学成分均匀性的前提下，提高钛合金铸锭成品的表面质量，降低屑重，达到节约生产成本的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的钛及钛合金铸锭成品熔炼工艺示意图；
图2、图3分别为对比示例、本发明实施例钛合金铸锭表面质量对比图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
成品钛合金铸锭的熔炼工艺分为起弧期、熔炼期和补缩期三大过程，如图1所示，其中起弧期常常又分为引弧期和攀升期。目前钛合金铸锭熔炼过程为了节省时间，提高生产节奏，一般引弧期采用电流为3～6KA，保持时间为3～4min，一旦成功引弧则迅速将电流上升至正常熔炼期的大电流阶段。
本发明主要针对钛合金成品铸锭在真空自耗电弧炉(VAR)熔炼过程提供了一种在钛合金起弧前期，在保证不产生熔炼速度、不影响铸锭化学成分的前提下，能够有效地对坩埚封闭***(主要包括坩埚内壁、自耗电极和炉室)进行真空脱气的工艺方法。
实施例1：
本发明提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为640mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下，其中漏率是指单位时间炉室泄漏处两侧真空值的差值；
(4)设置炉内的起弧电流为9KA，保持时间为30min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为720mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却3h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
实施例2：
本发明还提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为640mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为9KA，保持时间为10min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为720mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却4h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
实施例3：
本发明还提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为640mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为6KA，保持时间为30min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为720mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却5h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
实施例4：
本发明还提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为640mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为6KA，保持时间为10min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为720mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却6h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
实施例5：
本发明还提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为640mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为7KA，保持时间为20min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为720mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却4h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
实施例6：
本发明还提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为640mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为8KA，保持时间为15min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为720mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却4h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
实施例7：
本发明还提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为440mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为6KA，保持时间为15min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为520mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却4h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
实施例8：
本发明还提供了一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的直径为920mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为9KA，保持时间为15min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为1020mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却4h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
此外，为验证本发明提供的改善钛合金铸锭表面质量方法的有效性，本发明还引入了一个对比示例，具体如下：
(1)将二次熔炼后的直径为640mm的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于真空自耗电弧炉中进行炉内焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到 0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为6KA，保持时间为4min，熔炼电流28KA，熔炼电压35V，稳弧电流15A；
(5)打开设备电源，在直径为720mm的坩埚内进行起弧熔炼直至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却4h；
(7)炉室放气，出炉后，将冷却后的钛合金铸锭进行车床扒皮处理。
经过试验，对比示例钛合金铸锭表面质量均呈现气孔(如图2)而采取本发明提供的改善铸锭表面质量方法的实施例均呈现典型的金属光泽表面，几乎无气孔(如图3)。对比示例和本发明提供的6个直径为 720mm的钛合金铸锭(实施例1-6)、1个直径为520mm的钛合金铸锭 (实施例7)和1个直径为1020mm的钛合金铸锭(实施例8)的具体实施例的屑重比对比如表1所示。本发明通过在引弧期设置合理的电流和时间，达到了良好地真空脱气、预热钛合金铸锭的效果，明显改善了钛合金铸锭表面的质量，降低了屑重比。
表1 各实施例及对比示例钛合金铸锭屑重比对比表
| 项目内容 | 引弧参数 | 铸锭直径/mm | 投料量/kg | 屑重/kg | 屑重比 |
| 对比示例 | 6KA，4min | 720 | 5040 | 185 | 3.67％ |
| 实施例1 | 9KA，30min | 720 | 5040 | 105 | 2.08％ |
| 实施例2 | 9KA，10min | 720 | 5040 | 85 | 1.69％ |
| 实施例3 | 6KA，30min | 720 | 5040 | 115 | 2.28％ |
| 实施例4 | 6KA，10min | 720 | 5040 | 90 | 1.79％ |
| 实施例5 | 7KA，20min | 720 | 5040 | 120 | 2.38％ |
| 实施例6 | 8KA，15min | 720 | 5040 | 120 | 2.38％ |
| 实施例7 | 6KA，15min | 520 | 2072 | 40 | 1.93％ |
| 实施例8 | 9KA，15min | 1020 | 12408 | 273 | 2.20％ |
综上，本发明提供的改善钛合金铸锭表面质量的方法，主要针对直径为520mm～1020mm的钛合金铸锭，对其起弧期中的引弧阶段，通过延长保持时间和加大电流值来在引弧期对铸锭进行预热，并对坩埚内壁进行烘烤，降低水汽附着程度，达到充足的真空脱气效果，最终实现在不影响铸锭化学成分均匀性的前提下，提高铸锭表面质量，降低屑重，节约生产成本的目的。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上面描述的内容，在不脱离其范围可进行各种修改和改变。本发明的范围仅由权利要求来限制。
Claims (6)
1.一种改善钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将二次熔炼后的钛及钛合金铸锭进行平头处理；
(2)将平头处理后的钛及钛合金铸锭放置于炉内进行焊接；
(3)对炉内进行抽真空处理，直至真空值达到0.8Pa以下，漏率达到0.8Pa/min以下；
(4)设置炉内的起弧电流为6-9KA，保持时间为10-30min；
(5)打开设备电源，进行起弧熔炼至熔炼完成；
(6)将熔炼得到的钛合金铸锭冷却；
(7)炉室放气，将冷却后的钛合金铸锭从炉内取出进行表面机加工。
2.根据权利要求1所述改善钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述步骤1中二次熔炼后的钛合金铸锭的直径为520-1020mm。
3.根据权利要求1所述改善钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述步骤2中的炉为真空自耗电弧炉。
4.根据权利要求1所述改善钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述步骤4中的熔炼电流为28kA，熔炼电压为35V，稳弧电流为15A。
5.根据权利要求1所述改善钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述步骤6中的冷却时间为3h-9h。
6.根据权利要求1所述改善钛合金铸锭表面质量的方法，其特征在于，所述步骤7中对冷却后的钛合金铸锭进行表面机加工，具体为对钛合金铸锭表面进行车床扒皮处理。
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