鈦材料鑄造(cast of titanium material)，是在真空或保護(hù)氣氛下，將鈦材料進(jìn)行熔煉、澆注成鑄件的過程。是鈦材料制備工藝之一。
鈦在熔融狀態(tài)下非?；顫?，長期以來未能找到適合的熔鑄方法與造型材料，致使鑄鈦落后于變形鈦合金20多年。1956～1962年美國貝爾(Beal)等開發(fā)出真空自耗電弧凝殼熔鑄技術(shù)，使鈦鑄件正式進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)。20世紀(jì)70年代，開始應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。從70年代以后，鈦合金大型薄壁精密鑄造技術(shù)得到開發(fā)與應(yīng)用。在其材料使用性能接近或等于航空鈦鍛件的前提下，成本降低50%左右，因而鑄鈦技術(shù)得到快速發(fā)展。預(yù)期在不久的將來，它將取得和變形鈦合金同等重要的地位[1]。
熔鑄設(shè)備
真空自耗電弧凝殼爐是生產(chǎn)鈦鑄件的主要設(shè)備，它的原理是：在爐體內(nèi)，采用鈦材料鑄錠或鍛棒作為母材料電極(負(fù)極)，水冷銅坩堝充當(dāng)正極，在真空氣氛下，輸入低壓(25～40V)大電流，兩極接近起弧后，熔化鈦材料自耗電極端部，滴入坩堝內(nèi)，形成熔池。在水冷作用下，銅坩堝壁與熔池間形成一層凝殼，保護(hù)坩堝不受侵蝕，鈦液不受污染。當(dāng)坩堝內(nèi)熔池增長至足夠量時(shí)，停電斷弧，快速提升電極，翻轉(zhuǎn)坩堝，將熔融鈦水注入靜置的或離心轉(zhuǎn)動(dòng)的鑄型中。凝殼爐的優(yōu)點(diǎn)是，生產(chǎn)效率高，合金成分控制良好。缺點(diǎn)是金屬過熱度低，需要快速澆注和設(shè)備較大的澆注系統(tǒng)。中國最大的凝殼爐的澆注量是500kg。美國、前蘇聯(lián)均有1000kg左右的爐子。其他處于試驗(yàn)研究階段的鈦熔鑄方法有電子束、等離子和冷壁坩堝感應(yīng)熔鑄法等[1]。
造型方法
包括石墨型鑄造和熔模精密鑄造。
石墨型鑄造石墨型是生產(chǎn)民用鈦鑄件的主要造型工藝。又分加工石墨型和石墨搗實(shí)型。加工石墨型是用優(yōu)質(zhì)人造石墨塊手工或機(jī)械加工而成，根據(jù)鑄型復(fù)雜程度，可采用多活塊組合，這種鑄型可多次使用。石墨搗實(shí)型是由人造石墨砂料和碳質(zhì)有機(jī)粘結(jié)劑碾混成混合料后，在木模或金屬模砂箱中，用手工或造型機(jī)械造型而成。造好的石墨砂型，經(jīng)低溫烘烤干燥固化后，在干散石墨粉覆蓋下，或在非氧化氣氛保護(hù)下，進(jìn)行高溫焙燒。制作好鑄型組合后，即可裝爐澆鑄。生產(chǎn)質(zhì)量要求嚴(yán)格的航空鑄件，其加工型和搗實(shí)型在澆鑄前均需進(jìn)行真空除氣處理[1]。
熔模精鑄
熔模精密鑄造是生產(chǎn)精度高、形狀復(fù)雜、表面光潔和內(nèi)部致密的航空用鈦合金鑄件的主要工藝。鈦的熔模鑄造方法與鋼精鑄工藝基本相同，只是在制殼材料和某些工序上有所區(qū)別。
當(dāng)今用于生產(chǎn)鈦精密鑄件的工藝有三種：
(1)石墨型殼工藝。
(2)金屬面層陶瓷型殼工藝。
(3)氧化物陶瓷型殼工藝。第一種價(jià)格低廉，可用于中小鑄件生產(chǎn)，后兩種可用于大型薄壁精密鑄件生產(chǎn)。
鑄造鈦合金和鑄件質(zhì)量大部分變形鈦合金均可用于鑄造，最廣泛使用的是Ti－6A1－4V合金。它的鑄造性能良好，組織性能穩(wěn)定。與同成分變形合金相比，鑄造鈦合金的強(qiáng)度基本相等，但其塑性和疲勞性能約低40%～50%，而斷裂韌性則稍好一些。
鈦材料鑄件一般采用穩(wěn)定化退火處理，研究中的固溶處理和氫化處理可以細(xì)化晶粒，改善組織，將合金疲勞性能提高到鍛件水平。熱等靜壓是優(yōu)質(zhì)鈦材料鑄件常用的處理方法，經(jīng)高溫高壓處理后，鑄件尺寸不發(fā)生變化，而內(nèi)部組織變得更為致密，力學(xué)性能的穩(wěn)定性將有很大改善。鑄件的質(zhì)量，應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB6614、國軍標(biāo)GJB2896或航空標(biāo)準(zhǔn)HB5448檢驗(yàn)。表中列出了鈦合金鑄件的技術(shù)特性。
鑄件應(yīng)用
鑄鈦首要的用戶是航空航天工業(yè)。重要的使用零件有：發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)匣，中間機(jī)匣，葉片，空心導(dǎo)向器，內(nèi)環(huán)，增壓器葉輪，軸承殼體及支座，飛機(jī)用支架，傘倉，耳片，短梁，襟翼滑軌，剎車殼體；導(dǎo)彈用控制艙，尾翼，火箭后封頭，公用底等；人造衛(wèi)星用支座，掃描器框架，鏡筒等。在民用工業(yè)上廣泛用于制造耐蝕泵體，閥門，葉輪；船舶用螺旋推進(jìn)器；精密機(jī)械的殼體，支架，筒體；醫(yī)療用人工關(guān)節(jié)，假肢元件；運(yùn)動(dòng)器械的高爾夫球頭，馬具，自行車零件等。
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