钛铝合金熔模铸造方法与流程

本发明涉及一种钛铝合金熔模铸造方法。

背景技术：

近年来，航空航天飞行器对结构件提出了更多的要求，如更高的使用温度、更轻的质量的需求，改善的关键因素是结构材料高温性能的提升，先进的高温结构材料被世界各国列为重点发展对象，新型高温结构材料的研制迫在眉睫。tial合金作为一种新型轻质耐高温结构材料，在很多方面具有独特的性能优势，如更低的密度、较高的比强度和比模量、良好的抗氧化性能和蠕变性能以及优异的疲劳性能，是当代航空航天工业、民用工业等领域的候选高温结构材料，具有重要的工程化应用潜质，引起了科研工作者的高度关注。

由于tial合金室温塑性低，造成机械加工高成本而且成品率低。所以近净成形的加工工艺是解决这一难题的关键。熔模精密铸造技术具有近净成形性，而且能生产表面质量优良的薄壁铸件，生产出的铸件仅需很少或不需要机械加工，生产成本低，是生产tial合金铸件的一个首选方法。熔模铸造工艺具有独特的工艺优势，在我国得到了快速发展。该工艺同时具有较高的技术难度，我国的熔模铸造在发展中仍面临着大而不强的问题，在综合技术水平、专业化配套、现场管理等方面需要进一步提高。

传统模壳采用预热的方式，在熔炼浇注设备外进行预热后转移至熔炼浇注设备中，然后进行抽真空，tial合金进行熔炼浇注，此过程需要20-40分钟以上，存在如下问题：①模壳温度铸件下降，无法控制tial合金浇注时模壳的温度；②tial合金金属液浇注之模壳内，金属凝固过程中冷却速度无法控制，铸件发生冷裂。

tial合金的流动性较a1合金的差，在浇注时容易产生浇不足、冷隔等缺陷。合金凝固收缩量较大，铸件易产生缩孔缩松缺陷。tial合金室温塑性低，铸件在凝固过程中容易产生冷裂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钛铝合金熔模铸造方法。

为解决上述问题，本发明提供一种钛铝合金熔模铸造方法，包括：

进行模壳制备；

将所述模壳转移到熔炼浇注设备中，放置在中频感应加热线圈内；

将所述模壳加热并保温；

将tial合金采用感应加热和电弧自耗的方式融化为液体，注入到铜坩埚中；

将铜坩埚中的tial合金液体时行降温；

降温至预设温度以下后，随炉冷却预设时间；

将所述模壳转移到所述熔炼浇注设备外，进行清理，取出铸件。

进一步的，在上述方法中，将所述模壳加热并保温，包括：

将所述模壳加热到1200～1500℃，保温30-50分钟。

进一步的，在上述方法中，将铜坩埚中的tial合金液体时行降温，包括：

将铜坩埚中的tial合金液体浇注至加热中50-150℃/h的方式进行降温。

进一步的，在上述方法中，降温至预设温度以下后，随炉冷却预设时间，包括：

降温至80-100℃以下后，随炉冷却3-5h。

与现有技术相比，本发明包含模壳在线加热、浇注后梯度式降温等新的工艺内容。本发明方法有助于薄壁tial合金铸件成形，减少缩孔缩松缺陷，铸件在凝固过程中不会发生冷裂，是未来高端铸件的重要精密铸造工艺方法。

附图说明

图1是本发明一实施例的钛铝合金熔模铸造方法的原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种钛铝合金熔模铸造方法，包括：

步骤s1，进行模壳1制备；

步骤s2，将所述模壳1转移到熔炼浇注设备中，放置在中频感应加热线圈2内；

步骤s3，将所述模壳1加热并保温；

在此，将所述模壳加热到1200～1500℃，保温30-50分钟；

步骤s4，将tial合金采用感应加热和通过自耗电极4进行电弧自耗的方式融化为液体，注入到铜坩埚3中；

步骤s5，将铜坩埚中的tial合金液体时行降温；

在此，将铜坩埚中的tial合金液体浇注至加热中50-150℃/h的方式进行降温；

步骤s6，降温至预设温度以下后，随炉冷却预设时间；

在此，降温至80-100℃以下后，随炉冷却3-5h。

步骤s7，将所述模壳转移到所述熔炼浇注设备外，进行清理，取出铸件。

在此，本发明包含模壳在线加热、浇注后梯度式降温等新的工艺内容。本发明方法有助于薄壁tial合金铸件成形，减少缩孔缩松缺陷，铸件在凝固过程中不会发生冷裂，是未来高端铸件的重要精密铸造工艺方法。

实施例1

以某装备壳体铸件为例，材料为ti-45al-8nb，最大外圆处尺寸φ220mm，高度300mm，最薄部位为3mm，该方法包括如下的步骤：

s1、模壳制备；

s2、将模壳转移到熔炼浇注设备中，放置在中频感应加热线圈内；

s3、将模壳加热到1500℃，保温35分钟；

s4、将tial合金采用电弧自耗的方式融化为液体，注入到铜坩埚中；

s5、将铜坩埚中的tial合金液体浇注至加热中的模壳内；

s6、浇注完成后，模壳保温10分钟，随后采用50℃/h的方式进行降温。

s7、降温至80℃以下后，随炉冷却5h。

s8、将模壳转移到熔炼浇注设备外，进行清理，取出铸件。

如图所示铸件清理后，铸件实现了整体成形，无冷隔缺陷。经过x光无损检测，铸件内部无缩孔缩松缺陷，无裂纹缺陷。

实施例2

以战斗部舱壳体，材料为ti-45al-5nb，直径φ340mm，高度480mm，内表面要求不加工，该铸件为整体圆柱结构，该方法包括如下的步骤：

s1、模壳制备；

s2、将模壳转移到熔炼浇注设备中，放置在中频感应加热线圈内；

s3、将模壳加热到1300℃，保温35分钟；

s4、将tial合金采用电弧自耗的方式融化为液体，注入到铜坩埚中；

s5、将铜坩埚中的tial合金液体浇注至加热中的模壳内；

s6、浇注完成后，模壳保温15分钟，随后采用80℃/h的方式进行降温。

s7、降温至80℃以下后，随炉冷却5h。

s8、将模壳转移到熔炼浇注设备外，进行清理，取出铸件。

如图所示铸件清理后，铸件实现了整体成形，无冷隔缺陷。经过x光无损检测，铸件内部无缩孔缩松缺陷，无裂纹缺陷。

实施例3

壳体铸件尺寸ф470mm×440mm，材质为ti-48al，尺寸精度要求ct6级，平均壁厚3mm，，该方法包括如下的步骤：

s1、模壳制备；

s2、将模壳转移到熔炼浇注设备中，放置在中频感应加热线圈内；

s3、将模壳加热到1200℃，保温30分钟；

s4、将tial合金采用中频感应的方式融化为液体，注入到铜坩埚中；

s5、将铜坩埚中的tial合金液体浇注至加热中的模壳内；

s6、浇注完成后，模壳保温20分钟，随后采用100℃/h的方式进行降温。

s7、降温至80℃以下后，随炉冷却3h。

s8、将模壳转移到熔炼浇注设备外，进行清理，取出铸件。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、tial合金浇注时，模壳温度可以通过加热系统控制在1200～1500℃，解决因合金的流动性差产生浇不足、冷隔等缺陷问题，可实现壁厚3mm薄壁件的成型；

2、tial合金浇注完成后，模壳温度可以通过加热系统进行梯度式降温，可有效解决合金凝固收缩量较大，铸件产生缩孔缩松缺陷的问题。以及因tial合金室温塑性低，铸件在凝固过程中产生冷裂的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。