一种成分可精确控制的TiAl合金熔炼方法

本发明属于高温合金熔炼领域，具体涉及一种成分可精确控制的tial合金熔炼方法。

背景技术：

1、当下航空航天事业的蓬勃发展日新月异，对高温结构材料的性能提出了更高的目标，如镍基高温合金，作为航空发动机中涡轮叶片，但缺点是其密度较大，制成的零部件质量较大，已然成为航空发动机轻量化的发展的瓶颈。tial合金的密度很小，仅为镍基合金的一半，能够有效地降低零部件的质量，实现减重，而tial合金的使用性能与合金成分有着直接关系，对合金成分的变化十分敏感，要获得具有优良性能的结构件，精确控制其成分是必要条件。中国专利(cn101121967)公开了一种真空感应熔炼tial基合金的方法。将ti、al等原料一次性转入坩埚中；在高真空下熔化原料；原料全部化清后，升温至熔点以上30-200℃后浇铸得到铸锭或铸件。虽然本发明适于熔炼高化学活性的tial合金，因为电磁搅拌的作用，合金化学成分均匀，同时在2000-5000hz的熔炼频率之间，提高熔炼频率可以有效的降低铸件或铸锭的杂质含量，提高铸件的质量；但是没有考虑到合金成分的偏差的问题，这就使得一次性加注原料tial合金熔炼方法存在先天缺陷，是得熔炼后的铸锭成分存在偏差，这主要是由于熔炼过程中易挥发组元的损耗引起的。在高温真空的熔炼环境中，tial合金中的al、mn元素存在较大的挥发烧损，使制备的合金铸锭偏离预定的目标值，会影响到后续合金的加工和使用性能。所以，亟待一种成分可精确控制的tial合金熔炼方法控制其合金成分，提升合金的综合性能。

技术实现思路

1、为了达到上述目的，本发明的目的是提供一种成分可精确控制的tial合金熔炼方法。

2、针对上述目的，本发明采用的具体技术方案为：一种成分可精确控制的tial合金熔炼方法，包括以下步骤：

3、步骤1：按照ti1-x-yalx mny，0.40≤x≤0.45，0.03≤y≤0.06的原子比进行配料：分别精准称量高纯的海绵ti、高纯al块和高纯mn颗粒；

4、步骤2：将海绵ti、高纯al块和高纯mn颗粒放置于水冷铜坩埚内；

5、步骤3：在保护气氛下，采用感应加热的方式，对水冷铜坩埚内的金属原料进行加热，待坩埚内的海绵ti、al块和mn颗粒这三者完全熔化后，保温8～12min，再缓慢调小功率，然后关闭电源，得到初始铸锭；

6、步骤4：将得到的初始铸锭，翻转后按照步骤3的流程重新进行熔炼，熔炼3～4次，在倒数第二次的熔炼降温过程中，当温度降至比mn元素熔点高100-150℃时补充al块和mn颗粒，此时补偿易挥发的al元素和mn元素，对合金的成分精确控制最为有利。

7、进一步的，步骤2中，水冷铜坩埚内堆料顺序为，最底部为海绵ti，中部为mn颗粒，上部为al块。

8、进一步的，步骤3中，保护气氛为高纯氩气，且真空度保持在0.05mpa。

9、进一步的，步骤3中，在对水冷铜坩埚进行加热，具体为：以25kw/min～30kw/min的加热速率加热至tial合金的熔点以上80-100℃，保温8～12min，降温功率同样保持在25kw/min～30kw/min。

10、进一步的，步骤4中，补充al块的质量为步骤1配料的1.95～2.05％，补充mn颗粒的质量为步骤1配料的8.9～9.0％。

11、与现有技术相比，本发明提供了一种成分可精确控制的tial合金感应熔炼方法，通过熔点从高到底的堆料顺序，先在水冷铜坩埚下部放置高熔点原料，上部放置低熔点的原料，然后经过总共3～4次的翻转真空感应熔炼后，且在倒数第二次真空感应熔炼降温过程中，当温度降至比易挥发元素的最高熔点高100-150℃时进行易挥发元素的补料，通过设备的加料舱对合金熔体进行二次补料，补偿损失的al元素和mn元素，使得易挥发的al，mn元素的加入量比其他补料方式更少，经济高效地实现了精确控制其合金成分。

技术特征：

1.一种成分可精确控制的tial合金熔炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，水冷铜坩埚内堆料顺序为，最底部为海绵ti，中部为mn颗粒，上部为al块。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，保护气氛为高纯氩气，且真空度保持在0.05 mpa。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，在对水冷铜坩埚进行加热，具体为：以25 kw/min ~30 kw/min的加热速率加热至tial合金的熔点以上80-100℃，保温8~12min，降温功率同样保持在25 kw/min ~30 kw/min。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，补充al块的质量为步骤1配料的1.95~2.05%，补充mn颗粒的质量为步骤1配料的8.9~9.0%。

技术总结本发明公开了一种成分可精确控制的TiAl合金的熔炼方法，其步骤为：精确称量高纯的海绵Ti、高纯Al块和高纯Mn颗粒，在保护气氛下，采用真空感应凝壳熔炼炉制备合金铸锭，为保证合金中高熔点元素充分熔炼，在一次熔炼完成后对铸锭进行翻转，需反复熔炼3~4次，由于元素饱和蒸气压差异，熔炼过程中各组元挥发速率不同，难以协调控制，导致熔炼后成分偏差，因此，本发明通过在倒数第二次真空感应熔炼降温过程中，当温度降至比Mn元素熔点高100‑150℃时补充Al块和Mn颗粒，使得易挥发的Al，Mn元素的加入量比其他补料方式更少，经济高效地实现了精确控制其合金成分。技术研发人员：石爽,毛为恺,陈章良,吴谨免,陈光受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11