本發明涉及機械加工領域，尤其涉及一種鑄錠的表面處理方法。

背景技術：

在工業生產上，熔煉技術是鑄錠制造的主要技術。熔煉技術是將金屬材料及其它輔助材料投入熔煉爐溶化并調質，爐料在高溫熔煉爐內發生一定的物理、化學變化，產出粗金屬或金屬富集物和爐渣的火法冶金過程。熔煉技術主要包括真空電弧熔煉、等離子熔煉或電子束熔煉，其中，電子束熔煉是目前被廣泛使用的一種熔煉技術。

電子束熔煉爐(electronbeamrefinefurnace,eb爐)，是利用高速運動電子的動能轉換成熱能作為熱源，將金屬熔化成鑄錠的一種真空熔煉設備。由于eb爐真空度高，提純效果好，可以同時去除高密度與低密度雜質，因此廣泛用于生產潔凈金屬，對于高純鈦以及鈦合金生產領域發揮著重要作用。

但通過熔煉技術制成的鑄錠，由于冶金技術特征和人員操作水平等種種因素，容易造成鑄錠表面存在不同類型的缺陷，例如：褶皺、裂紋、薄膜或氣孔等。因此，制成所述鑄錠后，還需對所述鑄錠進行表面處理工藝，以去除鑄錠表面的缺陷。

但是，現有技術鑄錠的表面處理方法，鑄錠的利用率較低。

技術實現要素：

本發明解決的問題是提供一種鑄錠的表面處理方法，提高鑄錠的利用率。

為解決上述問題，本發明提供一種鑄錠的表面處理方法，包括：提供鑄錠；采用表面熔整工藝，對所述鑄錠的表面進行加熱和熔化。

可選的，所述表面熔整工藝為電子束熔整工藝、激光熔整工藝或等離子熔整工藝。

可選的，所述電子束熔整工藝的步驟包括：提供電子束爐，所述電子束 爐內設置有旋轉機構、電子槍槍室和電子槍；將所述鑄錠安裝至所述旋轉機構上；使電子束爐和電子槍槍室達到預設真空度值后，啟動所述電子槍；對所述電子槍發出的電子束進行引束工藝，使所述電子槍功率調整至預設值并設定電子束的掃描圖案；使所述電子束投射至所述鑄錠的第一區域，通過所述旋轉機構旋轉所述鑄錠，使所述電子束對所述第一區域對應的旋轉表面進行掃描以實現表面熔整；使所述電子束投射至鑄錠的下一區域，重復上述旋轉和掃描的步驟，通過所述旋轉機構旋轉所述鑄錠，使所述電子束對下一區域對應的旋轉表面進行掃描，以實現表面熔整，直至完成整根鑄錠的表面熔整工藝。

可選的，所述電子束爐的預設真空度值小于5e-2pa，所述電子槍槍室的預設真空度值小于5e-3pa。

可選的，所述電子槍功率預設值為30kw至50kw。

可選的，所述掃描圖案為長方形，包括長和寬，長的尺寸為300毫米至400毫米，寬的尺寸為40毫米至50毫米。

可選的，對每一區域對應的旋轉表面進行掃描的步驟包括：至少一次單次掃描操作，所述單次掃描操作中使所述電子束掃描所述旋轉的鑄錠直至達到預設時間。

可選的，所述單次掃描操作的表層滲透深度為6毫米至12毫米。

可選的，所述鑄錠的旋轉線速度為150毫米每分鐘至200毫米每分鐘。

可選的，所述預設時間為4分鐘至6分鐘。

可選的，所述單次掃描操作的次數為2次至3次。

可選的，使電子束投射至鑄錠的下一區域的步驟包括：沿所述鑄錠的軸線方向移動所述鑄錠，使所述鑄錠的下一區域移動至所述電子束投射區域；或者，沿所述鑄錠的軸線方向移動所述電子槍槍室，使所述電子束投射區域移動至所述鑄錠的下一區域。

可選的，所述鑄錠為圓柱形鑄錠，所述旋轉機構為輥輪。

可選的，所述旋轉機構的材料為鈦、鋯或不銹鋼。

與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：

本發明采用表面熔整工藝，對所述鑄錠的表面進行加熱和熔化，在熔整工藝結束后，所述鑄錠表面熔化的材料重新凝固，所述鑄錠表面缺陷減小或消除，且對所述鑄錠的損耗量也較少，提高了鑄錠的利用率。

可選方案中，對每一區域對應的旋轉表面進行掃描的步驟包括至少一次單次掃描操作，所述單次掃描操作中使所述電子束掃描所述旋轉的鑄錠直至達到預設時間，所述預設時間為4分鐘至6分鐘，因此完成整根鑄錠的表面熔整工藝所需時間較少，從而可以提高生產效率。

可選方案中，所述表面熔整工藝為電子束熔整工藝，利用電子束發射的高能量電子對所述鑄錠表面的沖擊，將所述電子束的動能轉化為鑄錠表面的熱能，以實現對所述鑄錠表面的加熱和熔化，相比現有技術，耗材的使用量減小，從而可以降低生產成本。

附圖說明

圖1和圖2是本發明鑄錠的表面處理方法一實施例的結構示意圖；

圖3是本發明電子束熔整工藝一實施例的流程示意圖。

具體實施方式

由背景技術可知，制成鑄錠后，所述鑄錠表面存在不同類型的缺陷，例如：褶皺、裂紋、薄膜或氣孔等。因此，為了去除或減少所述鑄錠表面的缺陷，目前主要通過機械加工的方法對所述鑄錠進行表面處理，例如車床車削、噴砂或研磨等。

但是，所述機械加工方法耗時較長，效率低下，且對刀具的損耗量也較大。此外，通過所述機械加工的方法對所述鑄錠表面進行表面處理后，所述鑄錠的質量較大，約占整個鑄錠質量的10％至15％，從而造成嚴重的浪費。

為了解決所述技術問題，本發明提供一種鑄錠的表面處理方法，包括：提供鑄錠；采用表面熔整工藝，對所述鑄錠的表面進行加熱和熔化。

本發明采用表面熔整工藝，對所述鑄錠的表面進行加熱和熔化，在熔整工藝結束后，所述鑄錠表面熔化的材料重新凝固，所述鑄錠表面缺陷減小或消除；且對所述鑄錠的損耗量也較少，提高了鑄錠的利用率。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。

圖1和圖2示出了本發明鑄錠的表面處理方法一實施例的結構示意圖，圖1為正視圖，圖2為側視圖。

結合參考圖1和圖2，提供鑄錠100。

所述鑄錠100可以采用真空電弧、等離子或電子束熔煉工藝制成。

所述鑄錠100為金屬材料或高純金屬材料。本實施例中，所述鑄錠100的材料為高純鈦，且純度不低于4n5。在另一實施例中，所述鑄錠的材料還可以為高純鋯。

本實施例中，所述鑄錠100的形狀為圓柱體。所述鑄錠100橫截面的直徑為300毫米至400毫米，所述鑄錠100的長度為1100毫米至1200毫米。

繼續參考圖1和圖2，采用表面熔整工藝，對所述鑄錠100的表面進行加熱和熔化。

所述表面熔整工藝可以為電子束熔整工藝、激光熔整工藝或等離子熔整工藝。本實施例中，所述表面熔整工藝為電子束熔整工藝。

其中，所述電子束熔整工藝、激光熔整工藝和等離子熔整工藝的不同之處在于：所述電子束熔整工藝通過發射電子束對所述鑄錠100進行表面熔整，所述激光熔整工藝通過發射激光束對所述鑄錠100進行表面熔整，所述等離子熔整工藝通過發射等離子束對所述鑄錠100進行表面熔整。

所述電子束熔整工藝中，利用電子束發射的高能量電子對所述鑄錠100表面的沖擊，將所述電子束的動能轉化為鑄錠100表面的熱能，以實現對所述鑄錠100表面的加熱和熔化，以實現對所述鑄錠100的表面熔整。

結合參考圖3，圖3是本發明電子束熔整工藝的流程示意圖。所述電子束 熔整工藝包括以下基本步驟：

步驟s1：提供電子束爐，所述電子束爐內設置有旋轉機構、電子槍槍室和電子槍；

步驟s2：將所述鑄錠安裝至所述旋轉機構上；

步驟s3：使電子束爐和電子槍槍室達到預設真空度值后，啟動所述電子槍；

步驟s4：對所述電子槍發出的電子束進行引束工藝，使所述電子槍功率調整至預設值并設定電子束的掃描圖案；

步驟s5：使所述電子束投射至所述鑄錠的第一區域，通過所述旋轉機構旋轉所述鑄錠，使所述電子束對所述第一區域對應的旋轉表面進行掃描以實現表面熔整；

步驟s6：使所述電子束投射至鑄錠的下一區域，重復上述旋轉和掃描的步驟，通過所述旋轉機構旋轉所述鑄錠，使所述電子束對下一區域對應的旋轉表面進行掃描，以實現表面熔整工藝，直至完成整根鑄錠的表面熔整工藝。

為了更好地說明本實施例電子束熔整工藝，下面將結合參考圖1和圖2，對本實施例電子束熔整工藝做進一步的描述。

結合參考圖1，首先執行步驟s1，提供電子束爐200，所述電子束爐200內設置有旋轉機構300、電子槍槍室(圖未示)和電子槍400。

所述電子束爐200是高溫難熔金屬熔煉的專用設備，需在高真空下進行。

本實施例中，所述電子束爐200還包括爐門(圖未示)和真空機組(圖未示)。

所述旋轉機構300用于支撐所述鑄錠100，并在后續電子束熔整工藝過程中使所述鑄錠100發生旋轉，從而對整根鑄錠100的表面進行表面熔整工藝；所述電子槍400位于所述電子槍槍室內，且所述電子槍槍室為固定裝置，所述電子槍400用于在后續電子束熔整工藝過程中，發射高能量電子，經過對所述鑄錠100的沖擊后，所述高能量電子的動能轉化為所述鑄錠100表面的 熱能，從而實現對所述鑄錠100表面的加熱和熔化。

本實施例中，所述旋轉機構300的材料為鈦、鋯或不銹鋼。

需要說明的是，為了避免所述旋轉機構300使所述鑄錠100引入雜質材料，所述旋轉機構300的材料與所述鑄錠100的材料相匹配。本實施例中，所述鑄錠100的材料為高純鈦，相應的，所述旋轉機構300的材料為鈦。

在另一實施例中，所述鑄錠的材料為高純鋯，相應的，所述旋轉機構的材料為鋯。

在其他實施例中，所述鑄錠材料的純度要求較低時，所述旋轉機構的材料為不銹鋼。

本實施例中，所述鑄錠100的形狀為圓柱體，相應的，所述旋轉機構300為輥輪，包括相互平行的兩根金屬棒(未標示)，所述金屬棒的材料為鈦。

繼續參考圖1，然后執行步驟s2，將所述鑄錠100安裝至所述旋轉機構300上。

本實施例中，為了便于后續采用電子束對所述鑄錠100的表面進行熔整，將所述鑄錠100放置于所述旋轉機構300上后，使所述鑄錠100置于所述兩根平行的金屬棒之間，且所述鑄錠100的軸線方向與所述金屬棒的延伸方向相平行。

需要說明的是，為了保證對所述鑄錠100的支撐作用和所述鑄錠100的旋轉，兩根金屬棒的間距與所述鑄錠100的直徑相匹配。

接著執行步驟s3，使電子束爐200和電子槍槍室達到預設真空度值后，啟動所述電子槍400。

具體地，將所述鑄錠100安裝至所述旋轉機構300上后，關閉所述電子束爐200的爐門，啟動真空機組，使電子束爐200和電子槍槍室達到預設真空度值后，啟動所述電子槍400。

需要說明的是，為了防止在所述表面熔整工藝的過程中所述鑄錠100發生氧化，所述電子束爐200需控制較好的真空狀態。本實施例中，所述電子 束爐200的預設真空度值小于5e-2pa。

此外，為了使所述電子槍400激發高能量電子，且所述電子槍槍室的真空度較差時，容易引起所述電子槍400發出的電子束路徑發生偏移，因此所述電子槍槍室需控制較好的真空狀態。本實施例中，所述電子槍槍室的預設真空度值小于5e-3pa。

接著執行步驟s4，對所述電子槍400發出的電子束進行引束工藝，使所述電子槍400功率調整至預設值并設定電子束的掃描圖案。

需要說明的是，所述電子槍400功率預設值不宜過大，也不宜過小。如果所述電子槍400功率預設值過小，難以在后續電子束熔整工藝的過程中充分熔化所述鑄錠100表面的材料，從而降低對所述鑄錠100表面的熔整效果；如果所述電子槍400功率預設值過大，容易導致熱能在所述鑄錠100表面的滲透深度過深，從而導致過多的鑄錠100材料發生熔化，甚至導致所述鑄錠100發生穿通，反而降低所述鑄錠100的質量。為此，本實施例中，所述電子槍400功率預設值為30kw至50kw。

本實施例中，所述電子槍400的掃描圖案為長方形，所述掃描圖案的尺寸包括長和寬。

需要說明的是，所述電子槍400的掃描圖案的尺寸不宜過大，也不宜過小。如果所述掃描圖案的尺寸過小，為了完成整根鑄錠100的表面熔整工藝，所述掃描次數相應過多，從而會增加表面熔整工藝的時間，降低所述鑄錠100的表面處理效率；如果所述掃描圖案的尺寸過大時，所述電子槍400的電子束容易對所述鑄錠100以外的區域進行掃描，從而對所述鑄錠100以外的區域造成損傷。為此，本實施例中，所述掃描圖案的長為300毫米至400毫米，寬為40毫米至50毫米。

接著執行步驟s5，使所述電子束投射至所述鑄錠的第一區域ⅰ，通過所述旋轉機構300旋轉所述鑄錠100，使所述電子束對所述第一區域ⅰ對應的旋轉表面進行掃描以實現表面熔整。

所述電子束的高能量電子對所述鑄錠100表面進行沖擊后，所述電子束 的動能轉化為所述鑄錠100表面的熱能，從而沿所述鑄錠100的軸線方向對所述鑄錠100表層進行加熱和熔化。

本實施例中，所述電子槍槍室為固定裝置，需通過旋轉所述鑄錠100以實現對所述旋轉表面的熔整。

本實施例中，對所述第一區域ⅰ對應的旋轉表面進行掃描的步驟包括：至少一次單次掃描操作，所述單次掃描操作中使所述電子束掃描所述旋轉的鑄錠100直至達到預設時間。

其中，所述單次掃描操作的步驟中，通過電子束掃描，所述鑄錠100表面形成熔池，通過所述旋轉機構300使所述鑄錠100在電子束掃描過程中發生旋轉，所述熔池隨所述鑄錠100的移動發生移動，未被所述電子束掃描的鑄錠100表面發生凝固，被所述電子束掃描的鑄錠100表面發生熔化，繼續使所述鑄錠100發生旋轉。

本實施例中，所述預設時間為4分鐘至6分鐘，所述單次掃描操作的次數為2次至3次。通過對所述旋轉的鑄錠100重復進行所述單次掃描操作，并持續旋轉所述鑄錠100，直至環繞所述鑄錠100的旋轉表面完成表面熔整，實現對所述第一區域ⅰ對應的旋轉表面的熔整。

需要說明的是，在所述預設時間為定值的情況下，所述單次掃描操作的次數由所述鑄錠100的直徑而定。

需要說明的是，所述鑄錠100的旋轉線速度v(如圖1所示)不宜過大，也不宜過小。如果所述鑄錠100的旋轉線速度v過大，容易導致所述鑄錠100的某一旋轉表面還未完成熔整，隨著所述鑄錠100的旋轉，導致所述電子束對下一旋轉表面進行熔整，從而導致所述鑄錠100表面熔整的充分性和均一性較差，進而降低所述鑄錠100的熔整效果；如果所述鑄錠100的旋轉線速度v過小，容易導致對所述鑄錠100的某一旋轉表面的掃描時間過長，從而導致熱能對所述鑄錠100的表層滲透深度過深，進而導致過多的鑄錠100材料發生熔化，相應也會降低所述鑄錠100的質量。為此，本實施例中，所述鑄錠100的旋轉線速度v為150毫米每分鐘至200毫米每分鐘。

本實施例中，所述電子束在所述鑄錠100表面產生的熱能對所述鑄錠100表面具有滲透深度，也就是說，所述滲透深度內的鑄錠100的材料發生熔化。

需要說明的是，所述滲透深度不宜過深，也不宜過淺。如果所述滲透深度過淺，容易導致所述鑄錠100表面的熔整效果不佳，從而降低所述鑄錠100的質量；如果所述滲透深度過深時，容易導致過多的鑄錠100材料發生熔化，甚至導致所述鑄錠100發生穿通，反而容易降低所述鑄錠100的質量。為此，本實施例中，所述單次掃描操作的表層滲透深度為6毫米至12毫米。

最后執行步驟s6，使所述電子束投射至鑄錠100的下一區域ⅱ，重復上述旋轉和掃描的步驟，通過所述旋轉機構旋轉所述鑄錠100，使所述電子束對下一區域ⅱ對應的旋轉表面進行掃描，以實現表面熔整工藝，直至完成整根鑄錠100的表面熔整工藝。

本實施例中，使所述電子束投射至所述鑄錠100的下一區域ⅱ的步驟包括：沿所述鑄錠100的軸線方向移動所述鑄錠100，使所述鑄錠100的下一區域ⅱ移動至所述電子束投射區域。

本實施例中，完成整根鑄錠100的表面熔整工藝時，移動所述鑄錠100的次數為一次。在其他實施例中，移動所述鑄錠的次數還可以為二次、三次，甚至更多次。其中，所述鑄錠100的移動次數由所述鑄錠100的長度而定

需要說明的是，在其他實施例中，使所述電子束投射至所述鑄錠的下一區域的步驟還可以包括：沿所述鑄錠的軸線方向移動所述電子槍槍室，使所述電子束投射區域移動至所述鑄錠的下一區域。

還需要說明的是，完成整根鑄錠100的表面熔整工藝后，所述鑄錠的表面處理方法還包括：將電子槍功率降低至零后關閉所述電子束爐400(如圖1所示)，進行冷卻直至達到預設冷卻時間后，取出所述鑄錠100。

需要說明的是，為了保證所述鑄錠100可以充分冷卻、表面可以完成凝固，且避免過長的冷卻時間造成時間的浪費，本實施例中，將所述預設冷卻時間設定3.5小時至4.5小時。

本發明采用表面熔整工藝，對所述鑄錠100的表面進行加熱和熔化，在 熔整工藝結束后，所述鑄錠100表面熔化的材料重新凝固，所述鑄錠100表面缺陷減小或消除；且對所述鑄錠100的損耗量也較少，可以使所述鑄錠100的利用率提高8％至12％左右。

雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。