本发明属于金属材料技术领域，涉及钛合金用中间合金材料，具体涉及一种航空航天级ta15专用合金的制备工艺。
背景技术：
钛合金材料主要应用于航空航天工业、国防军工等行业。其中，在航空航天工业的应用需求最大，约占50％，主要是用于飞机和发动机的制造。在钛合金材料的发展过程中，钛合金铸锭是最重要最关键的一环，其品质直接影响到后续加工的成品的性能指标是否达到产品要求。在钛合金制备过程中，由于不同的性能需求产生了不同牌号的钛合金，不同的钛合金牌号又取决于钛合金成份中不同的添加元素及含量，作为添加元素的合金称为中间合金。钛合金铸锭的制备是由海绵钛和中间合金共同熔炼而成。因此，加入中间合金的品质以及稳定性直接影响钛合金铸锭的质量。现阶段，配制一种牌号的钛合金铸锭往往需要添加多种不同类别的中间合金或元素以满足元素成分的要求。这就带来了以下缺点：
1、钛合金铸锭中各元素成分检测值与配比值偏差波动大，且无规律性，难以控制在精确的范围内；元素间成分比例不稳定，受多种原料成分和熔炼影响较大，同时铸锭各部位成分均匀一致性较差，需通过多次熔炼的方式改善，增加了经济成本。
2、由于添加中间合金或元素繁多，钛合金铸锭中杂质成分如铁、碳、氮、氧等难以控制，多数时候依靠经验数值进行配制，因此钛合金铸锭的质量与稳定性难以保证。
技术实现要素：
本发明在于提供一种航空航天级ta15专用合金的制备工艺，使用该种专用合金熔炼出的ta15铸锭中各元素成分检测值与配比值更加稳定且接近，同时铸锭各部位成分均匀一致性得到大幅提高，杂质成分如硅、碳、氮、氧等更容易进行控制，大大提升了ta15铸锭的质量与稳定性，更能满足航空航天级的质量标准要求。具体的技术方案是：
一种航空航天级ta15专用合金的制备工艺，其特征在于，包括以下的步骤：
步骤1)，一次配料：按照设定的物料质量百分比配比：
选用合适粒度的纯v2o5、al、caf2粉，形成钒铝合金混合前物料，并烘烤干；
选用合适粒度的纯mo2o3、al、caf粉，形成钼铝合金混合前物料，并烘烤干；
步骤2)，一次混料与铝热反应：将烘烤后的所述钒铝合金混合前物料v2o5、al、caf2粉按比例称量好，形成物料s1；
所述钼铝合金混合前物料mo2o3、al、caf2粉按比例称量好，形成物料s2；
将所述物料s1、s2分别放入不同的混料器中，在120～130℃条件下混料30～50min形成混合均匀的物料，再装入不同的坩埚内形成炉料，将镁屑点燃后放入不同坩埚内引燃炉料，发生铝热反应，即3v2o5 10al＝6v 5al2o3生成钒铝合金，mo2o3 2al＝2mo al2o3生成钼铝合金；
步骤3)，二次配料：将合适粒度的所述钒铝合金和所述钼铝合金与al豆、海绵zr、fe钉烘烤干，并按比例称量好，形成ta15专用合金混合前物料s3；
步骤4)，二次混料：将物料s3放入混料器中，在温度120～130℃条件下混料30～50分钟形成混合均匀的物料，再装入中频感应炉的坩埚中；
步骤5)，二次熔炼：采用中频感应炉二次熔炼，调节功率至10kw1小时，30kw1小时，抽真空至5pa1小时，真空抽完后，功率逐渐升高至70kw，至物料s3全部熔化，后将功率降至30kw，随后冷却浇铸，形成ta15专用合金块al-v-mo-zr-fe，即合金块s4；
步骤6)，破碎过筛：先将所述合金块s4破碎成大块后，加入破碎机进一步破碎细化，再用6mm规格的筛子过筛，大于6mm的需再次破碎；同一批次筛下的所述合金块s4要立即装桶、称重并注明批号；
步骤7)，挑料：对于破碎筛下的所述合金块s4，再由人工挑出杂质、异物或氧化物；合金表面不得有疏松层，不得有氧化层，不得附有异物；
步骤8)，合格入库：对于挑完的所述合金块s4，由检验人员按本批次ta15专用合金块的5％抽检，未发现杂质、异物或氧化物的，判定为合格入库。
进一步的，所述ta15专用合金质量百分比为：53.9％al、16.6％v、11.6％mo、16.7％zr、1.2％fe。
进一步的，所述物料s1为100kgv2o5、92kgal粉、15kgcaf2粉；所述物料s2为90kgmo2o3、75kgal粉、15kgcaf2粉。
进一步的，所述物料s3为48kg钒铝合金、31kg钼铝合金、61kg铝豆、29kg海绵锆、2kg铁钉。
本发明的技术效果在于：
1、由于采用多次混料、熔炼步骤，本ta15专用合金(al-v-mo-zr-fe)作为一种中间合金，其合金内部各元素成分比例固化并可控。由该种合金和海绵钛直接熔炼成的ta15铸锭，各元素成分检测值与配比值更加稳定且接近，同时铸锭各部位成分均匀一致性得到大幅提高。
2、与传统的单纯添加多种合金元素熔炼成ta15铸锭的工艺相比，添加本发明的ta15专用合金熔炼成ta15铸锭后，影响杂质成分的变量大大减少，杂质如硅、碳、氮、氧等更容易进行控制，大大提升了ta15铸锭的质量与稳定性，更能满足航空航天级的质量标准要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
以制备ta15专用合金，即al-v-mo-zr-fe为例。具体实施步骤如下：
步骤1)，一次配料：按照设定的ta15专用合金质量百分比53.9％al，16.6％v，11.6％mo，16.7％zr，1.2％fe计算配料，选用粒度小于100目的纯五氧化二钒、纯铝粉、纯萤石粉，形成钒铝合金混合前物料；以及粒度小于100目的纯三氧化钼、纯铝粉、纯萤石粉，形成钼铝合金混合前物料，并烘烤干；
步骤2)，一次混料与铝热反应：将烘烤后的钒铝合金混合前物料v2o5、caf2、al粉按比例称量好，即100kg五氧化二钒，92kg铝粉，15kg萤石粉，钼铝合金混合前物料mo2o3、caf2、al粉按比例称量好，即90kg三氧化钼，75kg铝粉，15kg萤石粉，分别放入不同的混料器中，在温度120～130℃条件下混料30～50分钟形成混合均匀的物料，再装入不同的坩埚内形成炉料，将20g镁屑点燃后放入不同坩埚内引燃炉料，发生铝热反应3v2o5 10al＝6v 5al2o3，mo2o3 2al＝2mo al2o3；
步骤3)，二次配料：将合适粒度的成品钒铝合金、钼铝合金和铝豆、海绵锆、铁钉烘烤干，并按比例称量好，即48kg钒铝合金、31kg钼铝合金、61kg铝豆、29kg海绵锆、2kg铁钉，形成ta15专用合金混合前物料；
步骤4)，二次混料：将ta15专用合金混合前物料放入混料器中，在温度120～130℃条件下混料30～50分钟形成混合均匀的物料，再装入中频感应炉的坩埚中；
步骤5)，中频感应炉二次熔炼：调节功率至10kw1小时，30kw1小时，抽真空至5pa1小时，真空抽完后，功率逐渐升高至70kw，至料全部熔化，后将功率降至30kw，随后冷却浇铸。
步骤6)，破碎：先将ta15专用合金块破碎成大块后，加入破碎机进一步破碎细化，然用6mm规格的筛子过筛，大于6mm的ta15专用合金块需再次破碎；同一批次筛下的ta15专用合金块要立即装桶、称重并注明批号；
步骤7)，挑料：对于破碎筛下的ta15专用合金块，再由人工挑出杂质、异物或氧化物；合金表面不得有疏松层，不得有氧化层，不得附有异物；
步骤8)，成品检验入库：对于挑完的ta15专用合金块，由检验人员按本批次ta15专用合金块的5％抽检，未发现杂质、异物或氧化物的，判定为合格入库。
现分别有传统工艺、本实施例的合金工艺熔炼成的ta15钛合金铸锭成分对比情况，如表1《不同合金工艺熔炼的ta15铸锭主要成分含量对比表》和表2《不同合金工艺熔炼的ta15铸锭杂质成分含量对比表》所示。从表1中可以看出，本发明与现有传统工艺相比，本发明得到的ta15铸锭中各元素成分检测值与配比值更加稳定且接近，同时铸锭各部位成分均匀一致性得到大幅提高。从表2中，可以看到与现有传统工艺相比，本发明添加一种ta15专用合金熔炼成铸锭后，影响杂质成分的变量大大减少，杂质如硅、碳、氮、氧等更容易进行控制，各批次成分趋于稳定，大大提升了ta15铸锭的质量与稳定性，更能满足航空航天级的质量标准要求。
表1不同合金工艺熔炼的ta15铸锭主要成分含量对比表
表2不同合金工艺熔炼的ta15铸锭杂质成分含量对比表
1.航空航天级ta15专用合金的制备工艺，其特征在于，包括以下的步骤：
步骤1)，一次配料：按照设定的物料质量百分比配比：
选用合适粒度的纯v2o5、al、caf2粉，形成钒铝合金混合前物料，并烘烤干；
选用合适粒度的纯mo2o3、al、caf粉，形成钼铝合金混合前物料，并烘烤干；
步骤2)，一次混料与铝热反应：
将烘烤后的所述钒铝合金混合前物料v2o5、al、caf2粉，按比例称量好，形成物料s1；
将所述钼铝合金混合前物料mo2o3、al、caf2粉，按比例称量好，形成物料s2；
将所述物料s1、s2分别放入不同的混料器中，在120～130℃条件下混料30～50min形成混合均匀的物料，再装入不同的坩埚内形成炉料，将镁屑点燃后放入不同坩埚内引燃炉料，发生铝热反应，生成钒铝合金和钼铝合金；
步骤3)，二次配料：将合适粒度的所述钒铝合金和所述钼铝合金与al豆、海绵zr、fe钉，烘烤干并按比例称量好，形成ta15专用合金混合前物料s3；
步骤4)，二次混料：将物料s3放入混料器中，在温度120～130℃条件下混料30～50分钟形成混合均匀的物料，再装入中频感应炉的坩埚中；
步骤5)，二次熔炼：采用中频感应炉二次熔炼，调节功率至10kw1小时，30kw1小时，抽真空至5pa1小时后，功率逐渐升高至70kw，至所述物料s3全部熔化，后将功率降至30kw，随后冷却浇铸，形成ta15专用合金块al-v-mo-zr-fe，即合金块s4；
步骤6)，破碎过筛：先将所述合金块s4破碎细化，再用6mm规格的筛子过筛，大于6mm的需再次破碎，同一批次筛下的所述合金块s4要立即装桶、称重并注明批号；
步骤7)，挑料：对于破碎筛下的所述合金块s4，再由人工挑除杂质、异物或氧化物，且合金表面无疏松层，无氧化层，未附有异物；
步骤8)，合格入库：对于挑料后的所述合金块s4，由检验人员按本批次ta15专用合金块的5％抽检，未发现杂质、异物或氧化物时，判定为合格入库。
2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述ta15专用合金质量百分比为：53.9％al、16.6％v、11.6％mo、16.7％zr、1.2％fe。
3.如权利要求1或2所述的制备工艺，其特征在于，
所述物料s1为100kgv2o5、92kgal粉、15kgcaf2粉；
所述物料s2为90kgmo2o3、75kgal粉、15kgcaf2粉。
4.如权利要求1、2或3所述的制备工艺，其特征在于，所述物料s3为48kg钒铝合金、31kg钼铝合金、61kgal豆、29kg海绵zr、2kgfe钉。
技术总结