CN115821088B - 一种感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改善钛合金铸锭成分均匀性的感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法。该方法是指精准控制,包括每批次熔炼熔体量、感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离的设定及其优化组合，所述感应加热功率设定范围为300‑1200kW，冷却水流量设定范围为0.5‑3.0m3/h，凝固铸锭下行距离设定范围为180‑300mm。通过钛合金铸锭铸造工艺以及参数的优化组合和精确控制，有效地改善钛合金铸锭的整体成分均匀性，尤其是改善钛合金铸锭衔接区的成分均匀性，有望实现对感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭的高质量熔炼，以进一步满足航空航天级钛合金锻件的生产要求。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工领域，特别是指一种改善钛合金铸锭成分均匀性的感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法。
背景技术
钛合金因其比强度高、耐腐蚀性好，在航空航天领域有广阔的应用前景，可用于生产大型复杂薄壁锻件。锻造用钛合金铸锭要求铸锭成分均匀、致密度高、组织均匀。目前钛合金铸锭基本采用真空自耗电弧(VAR)炉进行熔炼，一般经过3次以上VAR熔炼才能达到航空航天级锻造用钛合金铸锭要求。然而VAR法不仅生产周期长，对熔炼原料要求高，而且部分原料容易未充分熔化直接与铸锭基体熔合，导致铸锭局部偏析严重，即使采用多次VAR法熔炼也不易消除，因而导致VAR法无法满足钛合金铸锭的高质量熔炼要求。
真空感应熔炼法可以在真空条件下，通过感应加热、电磁搅拌使熔池温度分布和成分均匀化，减少宏观、微观偏析，且真空感应熔炼对原料要求较低，可确保熔炼原料充分熔化，有效去除低、高密度夹杂，通过一次熔炼即可实现对钛、锆等高化学活性合金的高质量熔炼。但目前真空感应熔炼法熔炼高化学活性合金所采用的水冷铜坩埚透磁率及电源功率有限，可用水冷铜坩埚内径尺寸受限，单批次熔炼无法生产大型铸锭，最大铸锭重量单批次约为50kg。中国专利202010743280.0公开了一种钛及钛合金铸锭的真空感应熔炼方法，该方法实现了单批次熔炼最大100kg重量的钛及钛合金铸锭，且通过真空连续加料、感应熔炼、连续拉锭实现了重量大于100kg、直径可达的均质、高纯净度的钛及钛合金铸锭制备，与VAR熔炼法对比，对钛合金原料质量要求相对较低，且无需压制电极，可通过一次熔炼获得高质量钛合金铸锭。该方法制备的钛合金铸锭轴向上不同位置的化学成分基本一致，但从铸锭多个径向上的成分分布还有待进一步提高。中国专利202110826723.7公开了一种钛合金或锆合金铸锭用的真空感应熔炼炉及铸锭方法，该方法通过在分瓣式中空水冷铜坩埚的正下方与可升降的水冷铜拉锭机构配合，用以辅助机构可实现不破坏炉内真空的间歇拉锭式半连续铸造方法，能够生产出大规格的钛合金或锆合金铸锭，该方法生产的铸锭可达500kg甚至更高，随着铸锭规格提高，该方法制备的大型铸锭成分均匀性有待改善，且间歇拉锭式半连续铸造的铸锭上的铸锭衔接区成分均匀性不易控制。
采用感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法，在感应熔炼过程中对不同熔体量的凝固铸锭移动相同的下行距离，容易使前一批次原料熔炼的铸锭,因感应加热而发生原子扩散甚至发生重熔，使铸锭衔接区产生成分不均匀分布，造成铸锭衔接区形成局部成分偏析缺陷。此外，若感应加热的功率与水冷铜坩埚的冷却效果没有搭配得当，尤其随着铸锭直径增大，铸锭内部沿径向极易产生成分分布的不均匀性，形成难以控制的偏析缺陷，在后处理中也不易消除，严重影响零件的性能。
为了改善感应熔炼间歇拉锭钛合金铸锭衔接区和铸锭径向的成分均匀性，本领域亟待研发一种新的工艺控制方法，实现对感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭的高质量熔炼，更好的满足航空航天级钛合金锻件的生产要求。
发明内容
本发明的目的在于通过精确工艺控制，改善感应熔炼间歇拉锭钛合金铸锭整体的成分均匀性，重点改善大型钛合金铸锭衔接区的成分均匀性，提供一种感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法，采用间歇拉锭式感应熔炼炉及其熔炼工艺，其特征在于：该方法是指精准控制关键熔炼工艺参数，包括每批次熔炼熔体量、感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离的设定及其优化组合，具体包括以下工艺条件：
(1)根据铸锭重量和每批次熔炼熔体量，设定批次，按铸锭重量均分确定每批次熔炼的钛合金原料重量，并将第一批次熔炼的钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚中，设定感应加热功率为300-1200kW，冷却水流量为0.5-3.0m3/h，原料完全熔化后关闭感应电源，继续控制水冷铜坩埚内的冷却水流量至铸锭凝固；
(2)根据每批次熔炼的钛合金铸锭高度设定间歇拉锭工艺的凝固铸锭下行距离，所述凝固铸锭下行距离为180-300mm，同时完成第二批次熔炼的钛合金原料的加料过程；打开感应电源，设定感应加热功率为300-1200kW，冷却水流量为0.5-3.0m3/h，待钛合金原料完全熔化后关闭感应电源，继续控制水冷铜坩埚内的冷却水流量至铸锭凝固；
(3)重复若干次(2)，直至均分成多批次熔炼的钛合金原料全部加入坩埚，并完成熔炼，得到钛合金铸锭。
进一步，所述每批次熔炼熔体量控制范围在50-100kg，凝固铸锭下行距离控制范围在220-280mm之间，所述感应热源功率控制范围在500-1000kW，所述冷却水流量控制范围在1.0-2.5m3/h。
进一步，所述每批次熔炼熔体量控制范围在90-100kg，凝固铸锭下行距离控制范围在235-260mm之间，所述感应热源功率控制范围在900-1000kW，所述冷却水流量控制范围在2.2-2.5m3/h。
最佳优化组合，所述每批次熔炼熔体量控制在100kg，凝固铸锭下行距离控制范围在260mm，所述感应热源功率控制范围在1000kW，所述冷却水流量控制范围在2.5m3/h。
本发明相对于现有技术具有如下的突出优点及效果：
1、本发明在感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造钛合金铸锭的过程中，根据设定的每批次熔炼相同的熔体量，确定感应加热功率和冷却水流量的配合参数及对应的凝固铸锭下行距离，通过优化组合工艺参数并精确控制，可以规范每批次原料熔炼过程中感应加热功率、冷却水流量及凝固铸锭下行距离关键生产参数，提高每批次原料熔炼质量的稳定性。
2、本发明有效控制了径向上及铸锭衔接区的成分均匀性，改善感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭整体成分均匀性，尤其适用于随着铸锭直径增大，控制钛合金铸锭径向上的成分均匀性难度增大的大直径钛合金铸锭的制备，有望实现对感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭的高质量熔炼，以进一步满足航空航天级钛合金锻件的生产要求。
附图说明
图1是间歇拉锭式感应熔炼炉内结构描述两批次原料熔炼的钛合金铸锭铸造工艺过程示意图；
图中：1为冷却水管道，2为感应线圈，3为水冷铜坩埚，4为第二批次熔炼铸锭，5为铸锭衔接区，6为间歇拉锭前第一批次熔炼的铸锭(指虚线框内区域)，7为间歇拉锭后第一批次熔炼的铸锭，8为间歇拉锭机构引锭头。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，本发明用间歇拉锭式感应熔炼炉内结构示意图描述两批次原料熔炼的钛合金铸锭铸造工艺过程示意图。采用图1所示的间歇拉锭式感应熔炼炉，其间歇拉锭机构引锭头8和内径尺寸为高度为400mm的水冷铜坩埚3，根据水冷铜坩埚3内径以及每批次熔炼熔体量，优化感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离三个关键工艺参数，本实施例熔炼50kg的TC4钛合金铸锭，具体包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：50kg的TC4钛合金原料在水冷铜坩埚内完全熔化的熔体高度约为400mm，为防止熔体溢出，将原料均分为两批次进行熔炼，每批次熔炼熔体量为25kg，将间歇拉锭式感应熔炼炉的真空度抽至0.5Pa，并将第一批次熔炼的25kgTC4钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚3中；设定感应线圈2的感应加热功率为300kW，冷却水管道1的冷却水流量为0.5m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水管道1内的冷却水流量维持在0.5m3/h，使铸锭凝固，得到第一批次熔炼铸锭6，即指图1的虚线框内区域。
步骤二：每25kg熔体量的TC4钛合金在的水冷铜坩埚3中的高度约200mm，则设定凝固铸锭下行距离h为200mm，通过间歇拉锭机构引锭头8将间歇拉锭前第一批次熔炼的铸锭6下拉至间歇拉锭后第一批次熔炼的铸锭7的位置，拉锭速度为10mm/min，同时完成第二批次25kgTC4钛合金原料加料过程。
步骤三：设定感应线圈2的感应加热功率为300kW，冷却水管道1的冷却水流量为0.5m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水流量维持在0.5m3/h使第二批次熔炼铸锭4凝固，即完成本实施例的全部熔炼，得到直径约为高度约为353mm的50kgTC4钛合金铸锭，铸锭衔接区5即第二批次熔炼的铸锭4与第一批次熔炼的铸锭7熔合的区域，对铸锭衔接区5的化学成分进行取样的位置可根据第一批次熔炼的铸锭7高度确定。
本实施例中，采用电感耦合等离子体发射光谱仪在铸锭不同位置测定化学成分，得到表1的50kgTC4钛合金铸锭不同位置的成分测定结果，结果显示实施例1的铸锭轴向的最大化学成分偏差为0.04％，径向的最大化学成分偏差为0.03％，铸锭衔接区5的化学成分与非衔接区最大化学成分为0.06％，50kg的TC4钛合金铸锭的轴向、径向以及衔接区的化学成分基本一致。
表1实施例1制备的50kgTC4钛合金铸锭不同位置的成分测定
实施例2
如图1所示，本发明用间歇拉锭式感应熔炼炉内结构示意图描述两批次原料熔炼的钛合金铸锭铸造工艺过程示意图。采用图1所示的间歇拉锭式感应熔炼炉，其间歇拉锭机构引锭头8和内径尺寸为高度为400mm的水冷铜坩埚3，根据水冷铜坩埚3内径以及每批次熔炼熔体量，优化感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离三个关键工艺参数，本实施例熔炼200kg的TC4钛合金铸锭，具体包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：200kg的TC4钛合金原料在水冷铜坩埚内完全熔化的熔体高度约为400mm，为了防止熔体溢出，将原料均分为两批次进行熔炼，每批次熔炼熔体量为100kg，将间歇拉锭式感应熔炼炉的真空度抽至0.5Pa，并将第一批次熔炼的100kgTC4钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚3中；设定感应线圈2的感应加热功率为1200kW，冷却水管道1的冷却水流量为3.0m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水管道1内的冷却水流量维持在3.0m3/h，使铸锭凝固，得到第一批次熔炼铸锭6，即指图1的虚线框内区域。
步骤二：每100kg熔体量的TC4钛合金在的水冷铜坩埚3中的高度约200mm，则设定凝固铸锭下行距离h为200mm，通过间歇拉锭机构引锭头8将间歇拉锭前第一批次熔炼的铸锭6下拉至间歇拉锭后第一批次熔炼的铸锭7的位置，拉锭速度为10mm/min，同时完成第二批次100kgTC4钛合金原料加料过程。
步骤三：设定感应线圈2的感应加热功率为1200kW，冷却水管道1的冷却水流量为3.0m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水流量维持在3.0m3/h使第二批次熔炼铸锭4凝固，即完成本实施例的全部熔炼，得到直径约为高度约为353mm的200kgTC4钛合金铸锭，铸锭衔接区5即第二批次熔炼的铸锭4与第一批次熔炼的铸锭7熔合的区域，对铸锭衔接区5的化学成分进行取样的位置可根据第一批次熔炼的铸锭7高度确定。
本实施例中，采用电感耦合等离子体发射光谱仪在铸锭不同位置测定化学成分，得到表2的200kg TC4钛合金铸锭不同位置的成分测定结果，结果显示实施例2的铸锭轴向的最大化学成分偏差为0.04％，径向的最大化学成分偏差为0.09％，铸锭衔接区5的化学成分与非衔接区最大化学成分偏差为0.08％，200kg的TC4钛合金铸锭的轴向、径向以及衔接区的化学成分基本一致。
表2实施例2制备的200kgTC4钛合金铸锭不同位置的成分测定
实施例3
如图1所示，本发明用间歇拉锭式感应熔炼炉内结构示意图描述两批次原料熔炼的钛合金铸锭铸造工艺过程示意图。采用图1所示的间歇拉锭式感应熔炼炉，其间歇拉锭机构引锭头8和内径尺寸为高度为400mm的水冷铜坩埚3，根据水冷铜坩埚3内径以及每批次熔炼熔体量，优化感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离三个关键工艺参数，本实施例熔炼100kg的TC4钛合金铸锭，具体包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：100kg的TC4钛合金原料在水冷铜坩埚内完全熔化的熔体高度约为550mm，水冷铜坩埚无法一批次全部承接，须将原料均分为两批次进行熔炼，每批次熔炼熔体量为50kg，将间歇拉锭式感应熔炼炉的真空度抽至0.5Pa，并将第一批次熔炼的50kgTC4钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚3中；设定感应线圈2的感应加热功率为500kW，冷却水管道1的冷却水流量为1.0m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水管道1内的冷却水流量维持在1.0m3/h，使铸锭凝固，得到第一批次熔炼铸锭6，即指图1的虚线框内区域。
步骤二：每50kg熔体量的TC4钛合金在的水冷铜坩埚3中的高度约275mm，则设定凝固铸锭下行距离h为275mm，通过间歇拉锭机构引锭头8将间歇拉锭前第一批次熔炼的铸锭6下拉至间歇拉锭后第一批次熔炼的铸锭7的位置，拉锭速度为10mm/min，同时完成第二批次50kgTC4钛合金原料加料过程。
步骤三：设定感应线圈2的感应加热功率为500kW，冷却水管道1的冷却水流量为1.0m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水流量维持在1.0m3/h使第二批次熔炼铸锭4凝固，即完成本实施例的全部熔炼，得到直径约为高度约为490mm的100kgTC4钛合金铸锭，铸锭衔接区5即第二批次熔炼的铸锭4与第一批次熔炼的铸锭7熔合的区域，对铸锭衔接区5的化学成分进行取样的位置可根据第一批次熔炼的铸锭7高度确定。
本实施例中，采用电感耦合等离子体发射光谱仪在铸锭不同位置测定化学成分，得到表3的100kg TC4钛合金铸锭不同位置的成分测定结果，结果显示实施例3的铸锭轴向的最大化学成分偏差为0.04％，径向的最大化学成分偏差为0.03％，铸锭衔接区5的化学成分与非衔接区最大化学成分偏差为0.07％，100kg的TC4钛合金铸锭的轴向、径向以及衔接区的化学成分基本一致。
表3实施例3制备的100kgTC4钛合金铸锭不同位置的成分测定
实施例4
如图1所示，本发明用间歇拉锭式感应熔炼炉内结构示意图描述两批次原料熔炼的钛合金铸锭铸造工艺过程示意图。采用图1所示的间歇拉锭式感应熔炼炉，其间歇拉锭机构引锭头8和内径尺寸为高度为400mm的水冷铜坩埚3，根据水冷铜坩埚3内径以及每批次熔炼熔体量，优化感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离三个关键工艺参数，本实施例熔炼110kg的TC4钛合金铸锭，具体包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：110kg的TC4钛合金原料在水冷铜坩埚内完全熔化的熔体高度约为450mm，水冷铜坩埚无法一批次全部承接，须将原料均分为两批次进行熔炼，每批次熔炼熔体量为55kg，将间歇拉锭式感应熔炼炉的真空度抽至0.5Pa，并将第一批次熔炼的55kgTC4钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚3中；设定感应线圈2的感应加热功率为650kW，冷却水管道1的冷却水流量为1.5m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水管道1内的冷却水流量维持在1.5m3/h，使铸锭凝固，得到第一批次熔炼铸锭6，即指图1的虚线框内区域。
步骤二：每55kg熔体量的TC4钛合金在的水冷铜坩埚3中的高度约225mm，则设定凝固铸锭下行距离h为225mm，通过间歇拉锭机构引锭头8将间歇拉锭前第一批次熔炼的铸锭6下拉至间歇拉锭后第一批次熔炼的铸锭7的位置，拉锭速度为10mm/min，同时完成第二批次55kgTC4钛合金原料加料过程。
步骤三：设定感应线圈2的感应加热功率为650kW，冷却水管道1的冷却水流量为1.5m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水流量维持在1.5m3/h使第二批次熔炼铸锭4凝固，即完成本实施例的全部熔炼，得到直径约为高度约为396mm的110kgTC4钛合金铸锭，铸锭衔接区5即第二批次熔炼的铸锭4与第一批次熔炼的铸锭7熔合的区域，对铸锭衔接区5的化学成分进行取样的位置可根据第一批次熔炼的铸锭7高度确定。
本实施例中，采用电感耦合等离子体发射光谱仪在铸锭不同位置测定化学成分，得到表4的110kg TC4钛合金铸锭不同位置的成分测定结果，结果显示实施例4的铸锭轴向的最大化学成分偏差为0.05％，径向的最大化学成分偏差为0.05％，铸锭衔接区5的化学成分与非衔接区最大化学成分偏差为0.08％，110kg的TC4钛合金铸锭的轴向、径向以及衔接区的化学成分基本一致。
表4实施例4制备的110kgTC4钛合金铸锭不同位置的成分测定
实施例5
如图1所示，本发明用间歇拉锭式感应熔炼炉内结构示意图描述两批次原料熔炼的钛合金铸锭铸造工艺过程示意图。采用图1所示的间歇拉锭式感应熔炼炉，其间歇拉锭机构引锭头8和内径尺寸为高度为400mm的水冷铜坩埚3，根据水冷铜坩埚3内径以及每批次熔炼熔体量，优化感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离三个关键工艺参数，本实施例熔炼200kg的TC4钛合金铸锭，具体包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：200kg的TC4钛合金原料在水冷铜坩埚内完全熔化的熔体高度约为520mm，水冷铜坩埚无法一批次全部承接，须将原料均分为两批次进行熔炼，每批次熔炼熔体量为100kg，将间歇拉锭式感应熔炼炉的真空度抽至0.5Pa，并将第一批次熔炼的100kgTC4钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚3中；设定感应线圈2的感应加热功率为1000kW，冷却水管道1的冷却水流量为2.5m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水管道1内的冷却水流量维持在2.5m3/h，使铸锭凝固，得到第一批次熔炼铸锭6，即指图1的虚线框内区域。
步骤二：每100kg熔体量的TC4钛合金在的水冷铜坩埚3中的高度约260mm，则设定凝固铸锭下行距离h为260mm，通过间歇拉锭机构引锭头8将间歇拉锭前第一批次熔炼的铸锭6下拉至间歇拉锭后第一批次熔炼的铸锭7的位置，拉锭速度为10mm/min，同时完成第二批次100kgTC4钛合金原料加料过程。
步骤三：设定感应线圈2的感应加热功率为1000kW，冷却水管道1的冷却水流量为2.5m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈2电源，控制冷却水流量维持在2.5m3/h使第二批次熔炼铸锭4凝固，即完成本实施例的全部熔炼，得到直径约为高度约为461mm的200kgTC4钛合金铸锭，铸锭衔接区5即第二批次熔炼的铸锭4与第一批次熔炼的铸锭7熔合的区域，对铸锭衔接区5的化学成分进行取样的位置可根据第一批次熔炼的铸锭7高度确定。
本实施例中，采用电感耦合等离子体发射光谱仪在铸锭不同位置测定化学成分，得到表5的200kg TC4钛合金铸锭不同位置的成分测定结果，结果显示实施例5的铸锭轴向的最大化学成分偏差为0.04％，径向的最大化学成分偏差为0.06％，铸锭衔接区5的化学成分与非衔接区最大化学成分为0.08％，200kg的TC4钛合金铸锭的轴向、径向以及衔接区的化学成分基本一致。
表5实施例5制备的200kgTC4钛合金铸锭不同位置的成分测定
实施例6
采用同实施例5的间歇拉锭式感应熔炼炉，其间歇拉锭机构引锭头和内径尺寸为高度为400mm的水冷铜坩埚，根据水冷铜坩埚内径以及每批次熔炼熔体量，优化感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离三个关键工艺参数，本实施例熔炼360kg的TC4钛合金铸锭，具体包括以下步骤及其工艺条件：
步骤一：360kg的TC4钛合金原料在水冷铜坩埚内完全熔化的熔体高度约为940mm，水冷铜坩埚无法一批次全部承接，须将原料均分为四批次进行熔炼，每批次熔炼熔体量为90kg，将间歇拉锭式感应熔炼炉的真空度抽至0.5Pa，并将第一批次熔炼的90kgTC4钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚中；设定感应线圈的感应加热功率为900kW，冷却水管道的冷却水流量为2.2m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈电源，控制冷却水管道内的冷却水流量维持在2.2m3/h，使铸锭凝固，得到第一批次熔炼铸锭。
步骤二：每90kg熔体量的TC4钛合金在的水冷铜坩埚中的高度约235mm，则设定凝固铸锭下行距离为235mm，通过间歇拉锭机构引锭头将间歇拉锭前第一批次熔炼的铸锭下拉至间歇拉锭后第一批次熔炼的铸锭的位置，拉锭速度为10mm/min，同时完成第二批次90kgTC4钛合金原料加料过程。
步骤三：设定感应线圈的感应加热功率为900kW，冷却水管道的冷却水流量为2.2m3/h，原料完全熔化后关闭感应线圈电源，控制冷却水流量维持在2.2m3/h使铸锭凝固，得到第二批次熔炼铸锭。
步骤四：重复两次步骤三，直至均分成四批次熔炼的钛合金原料全部加入坩埚进行熔炼，得到直径约为高度约为830mm的360kgTC4钛合金铸锭，铸锭衔接区即每批次熔炼的铸锭熔合的区域，对铸锭衔接区的化学成分进行取样的位置可根据第一批次熔炼的铸锭高度确定。
本实施例中，采用电感耦合等离子体发射光谱仪在铸锭不同位置测定化学成分，得到表6的360kg TC4钛合金铸锭不同位置的成分测定结果，结果显示实施例6的铸锭轴向的最大化学成分偏差为0.05％，径向的最大化学成分偏差为0.07％，铸锭衔接区5的化学成分与非衔接区最大化学成分偏差为0.08％，360kg的TC4钛合金铸锭的轴向、径向以及衔接区的化学成分基本一致。
表6实施例6制备的360kg TC4钛合金铸锭不同位置的成分测定
综上，实施例1-6制备的TC4钛合金铸锭的不同位置的化学成分基本一致，铸锭轴向的最大化学成分偏差为0.05％，径向的最大化学成分偏差为0.09％，铸锭衔接区的化学成分与非衔接区最大化学成分偏差为0.08％，此方法制备的感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造TC4钛合金铸锭不仅在轴向上保持成分基本一致，而且在径向以及衔接区的成分均基本一致。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法，采用间歇拉锭式感应熔炼炉及其熔炼工艺，其特征在于：该方法是指精准控制关键熔炼工艺参数，包括每批次熔炼熔体量、感应加热功率、冷却水流量、凝固铸锭下行距离的设定及其优化组合，具体包括以下工艺条件：
（1）根据铸锭重量和每批次熔炼熔体量，设定批次，按铸锭重量均分确定每批次熔炼的钛合金原料重量，并将第一批次熔炼的钛合金原料置于间歇拉锭式感应熔炼炉内的水冷铜坩埚中，设定感应加热功率为300 - 1200 kW，冷却水流量为0.5 - 3.0 m3/h，原料完全熔化后关闭感应电源，继续控制水冷铜坩埚内的冷却水流量至铸锭凝固；
（2）根据每批次熔炼的钛合金铸锭高度设定间歇拉锭工艺的凝固铸锭下行距离，所述凝固铸锭下行距离为180 - 300 mm，同时完成第二批次熔炼的钛合金原料的加料过程；打开感应电源，设定感应加热功率为300 - 1200 kW，冷却水流量为0.5 - 3.0 m3/h，待钛合金原料完全熔化后关闭感应电源，继续控制水冷铜坩埚内的冷却水流量至铸锭凝固；
（3）重复若干次（2），直至均分成多批次熔炼的钛合金原料全部加入坩埚，并完成熔炼，得到钛合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法，其特征在于：所述每批次熔炼熔体量控制范围在50 - 100 kg，凝固铸锭下行距离控制范围在220 - 280 mm之间，所述感应加热功率控制范围在500 - 1000 kW，所述冷却水流量控制范围在1.0 - 2.5 m3/h。
3.根据权利要求1或2所述的一种感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法，其特征在于：所述每批次熔炼熔体量控制范围在90 - 100 kg，凝固铸锭下行距离控制范围在235 - 260 mm之间，所述感应加热功率控制范围在900 - 1000 kW，所述冷却水流量控制范围在2.2 - 2.5 m3/h。
4.根据权利要求3所述的一种感应熔炼间歇拉锭式半连续铸造的钛合金铸锭方法，其特征在于：所述每批次熔炼熔体量控制在100 kg，凝固铸锭下行距离控制范围在260 mm，所述感应加热功率控制范围在1000 kW，所述冷却水流量控制范围在2.5 m3/h。
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