金属热还原—精炼法制备Ti-6Al-4V合金

作     者：吴万华 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘奎仁

授予年度：2012年

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：Ti-6Al-4V合金 制备工艺 金属热还原 炉外法 精炼 

摘      要：钛及钛合金具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能。Ti-6Al-4V合金是钛合金中最具代表性的合金,广泛应用于航空航天、国防军工、汽车工程、生物医疗等领域。目前生产Ti-6Al-4V合金的方法是以价格较高的钛及其它合金元素为原料进行真空自耗电弧熔炼或电子束冷床熔炼,因而存在工艺复杂、流程长、生产成本高等不足。有鉴于此,本文以廉价的二氧化钛、五氧化二钒、铝粒为原料,采用金属热还原-精炼法制备Ti-6Al-4V合金,以期获得短流程、低成本的钛合金制备新技术。 采用热力学方法研究了反应体系中可能发生的各类反应,分析了Ti-6Al-4V合金的制备原理以及涉及的CaO-Al2O3二元熔渣性质,并对合金制备过程进行了物料计算和热量计算。 以TiO2、V2O5、铝粒等为原料,采用炉外法制备了Ti-Al-V中间合金,研究了原料种类及粒度、还原剂用量及组成、造渣剂用量及组成、炉料单位发热量以及加料方式等因素对合金成分及钛回收率的影响,确定了炉外法制备Ti-Al-V中间合金的较佳工艺技术条件。研究表明,以高钛渣为钛源,氯酸钾粒度为1～2mm,单位炉料发热量为3500kJ/kg,配铝系数为95%,复合还原剂组成Al:Ca-Al=6:4,造渣剂用量为初配铝的100%,CaO为造渣剂,上部点火方式,可以获得Ti-Al-V中间合金,Ti含量大于80%,Al含量小于10%,V含量约4%。Ti回收率约55%。合金中微量夹杂主要是A12O3、Ti3O。 以炉外法制备的Ti-Al-V中间合金为原料,采用造渣-真空精炼工艺制备Ti-6Al-4V合金。研究了渣系及渣量、精炼温度及时间、真空度等因素对合金成分及组织的影响,确定了制备Ti-6Al-4V合金的最佳工艺技术条件。预熔精炼渣的配比为CaO:A12O3:TiO2=5:3:2,用量为100g/kg合金,精炼温度1750℃,精炼时间20min。获得的合金微观组织均匀致密,成分均匀,不存在氧化铝等夹杂,基本符合目标合金要求。