一种基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钛合金熔炼技术领域，特别提供一种基于惰性气氛的钛合金自耗电极 凝壳熔炼，并将熔炼合金浇注于等离子喷涂特种氧化物耐火涂层的铸型中的铸造工艺。
【背景技术】
[0002] 钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛应用，如制作飞机发动 机压气机部件，火箭、导弹和高速飞机的结构件等。目前世界上已研制出的钛合金有数百 种，然而钛合金中如果存在Sn、Al、Mn、Cu、V等合金元素，在真空环境下熔炼时，这些元素容 易挥发，造成合金成分熔炼前后存在较大波动，影响合金纯净度。同时，钛合金液体冲入铸 型中，会和铸型表面发生轻微反应，影响铸件表面化学成分。因此，需要对钛合金熔炼过程 和提尚铸型表面耐火度等方面进彳丁技术攻关。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺。 该工艺能够有效减少合金中易挥发元素的烧损，提高合金成分一致性，并减少合金中夹杂 物的含量，提高合金液体的纯净度。同时，利用等离子喷涂技术在铸型表面等离子喷涂一层 特种氧化物耐火涂层，减弱钛合金液体与铸型表面的反应程度，达到化学成分波动较小的 目的。
[0004] 本发明具体提供了一种基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特 征在于：在正压惰性气氛下采用真空自耗钛合金电极熔炼钛合金，并浇注于特种耐火氧化 物等离子喷涂的铸型中，所述特种耐火氧化物等离子喷涂的铸型的制备方法为：取质量百 分比为20 %的氧化钇粉，75 %的氧化锆粉和5 %的氧化钙粉混合在一起后进行球磨，并采 用高温电弧熔炼方法进行高温烧结，然后经过球化造粒筛分制得350目粉料，利用等离子 喷涂设备将制得的粉料喷涂于铸型表面即得。
[0005] 本发明所述基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特征在于，具 体过程为：
[0006] 1)合金原料：将钛合金电极固定到真空自耗电极凝壳炉电极杆上；
[0007] 2)装炉：将铸型装入真空自耗电极凝壳炉中；
[0008] 3)施加正压：首先将炉体抽真空，当炉内的真空度低于IOPa时，炉内充惰性气体 (优选为氩气），加压力至700Pa~9000Pa之间；
[0009] 4)合金熔化：电流18000A~20000A，电压40V，起弧熔炼；
[0010] 5)合金的浇注：将合金原料熔化到所需重量后，翻转水冷铜坩埚，将合金液体倒 入等离子喷涂特种耐火氧化物涂层的铸型中。
[0011] 本发明所述基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特征在于：优 先选择350目的氧化钇粉和350目的氧化锆粉制备粉料，利用等离子喷涂设备将制得的粉 料喷涂于铸型表面时，涂层厚度优选〇. Imm~〇. 3mm，铸型可以为砂型、金属型或石墨型。
[0012] 本发明优点是：
[0013] 1.本发明在惰性气体气氛下采用自耗钛合金电极熔炼钛合金，能有效减少合金液 体中易挥发元素在熔炼过程中的挥发烧损，提高合金成分一致性和纯净度。
[0014] 2.本发明在惰性气氛下正压熔炼钛合金，有效抑制了合金液体的挥发和迸溅。
[0015] 3.钛合金液体浇注于等离子喷涂特种氧化物耐火涂层的铸型中，减弱了钛合金液 体与铸型表面的反应程度，提高了铸件表面的质量。
[0016] 4.工艺简单，操作方便。
【具体实施方式】
[0017] 本发明实施例均选用石墨铸型，使用前在铸型表面喷涂特种氧化物涂层，制备方 法为：选取350目氧化钇粉和350目氧化锆粉为原料，按照氧化钇粉质量比20%，氧化锆粉 质量比75%，氧化钙粉质量比5%进行球磨混合均匀，并采用高温电弧熔炼方法进行高温 烧结，然后经过球化造粒筛分制得350目粉料；将制得的粉料利用等离子喷涂设备喷涂于 铸型表面，涂层厚度〇· Imm~〇· 3mm〇
[0018] 实施例1
[0019] 1)、合金原料：将钛合金电极固定到真空自耗电极凝壳炉电极杆上；
[0020] 2)、装炉：将铸型装入真空自耗电极凝壳炉中；
[0021] 3)、施加正压：首先将炉体抽真空，当炉内的真空度低于IOPa时，炉内充氩气，加 压力至 7OOPa ;
[0022] 4)、合金熔化：送电，电流18000A，电压40V起弧熔炼；
[0023] 5)、合金的浇注：将合金原料熔化到浇注重量后，浇注钛合金液体到等离子喷涂特 种氧化物涂层的铸型中，获得钛合金铸件。
[0024] 原料成分配比以及所得铸件成分配比见表1。
[0025] 实施例2
[0026] 1)、合金原料：将钛合金电极固定到真空自耗电极凝壳炉电极杆上；
[0027] 2)、装炉：将铸型装入真空自耗电极凝壳炉中；
[0028] 3)、施加正压：首先将炉体抽真空，当炉内的真空度低于IOPa时，炉内充氩气，加 压力至 9OOOPa ;
[0029] 4)、合金熔化：送电，电流20000A，电压40V起弧熔炼；
[0030] 5)、合金的浇注：将合金原料熔化到浇注重量后，浇注钛合金液体到等离子喷涂特 种氧化物涂层的铸型中，获得钛合金铸件。
[0031] 原料成分配比以及所得铸件成分配比见表1。
[0032] 实施例3
[0033] 1)、合金原料：将钛合金电极固定到真空自耗电极凝壳炉电极杆上；
[0034] 2)、装炉：将铸型装入真空自耗电极凝壳炉中；
[0035] 3)、施加正压：首先将炉体抽真空，当炉内的真空度低于IOPa时，炉内充氩气，加 压力至 8OOOPa ;
[0036] 4)、合金熔化：送电，电流19000A，电压40V起弧熔炼；
[0037] 5)、合金的浇注：将合金原料熔化到浇注重量后，浇注钛合金液体到等离子喷涂特 种氧化物涂层的铸型中，获得钛合金铸件。
[0038] 原料成分配比以及所得铸件成分配比见表1。
[0039] 比较例1
[0040] 1)、合金原料：将钛合金电极固定到真空自耗电极凝壳炉电极杆上；
[0041] 2)、装炉：将铸型装入真空自耗电极凝壳炉中；
[0042] 3)、施加正压：首先将炉体抽真空，使炉内的真空度低于IOPa ;
[0043] 4)、合金熔化：送电，电流18000A，电压40V起弧熔炼；
[0044] 5)、合金的浇注：将合金原料熔化到浇注重量后，浇注钛合金液体到普通铸型中， 获得钛合金铸件。
[0045] 原料成分配比以及所得铸件成分配比见表1，由表1可见浇注后，Al元素和V元素 发生较多烧损。
[0046] 表1原材料成分及所得铸件成分配比（重量百分比）
[0048] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特征在于：在正压惰性 气氛下采用真空自耗钛合金电极熔炼钛合金，并浇注于特种耐火氧化物等离子喷涂的铸型 中，所述特种耐火氧化物等离子喷涂的铸型的制备方法为：取质量百分比为20%的氧化钇 粉，75 %的氧化锆粉和5 %的氧化钙粉混合在一起后进行球磨，并采用高温电弧熔炼方法进 行高温烧结，然后经过球化造粒筛分制得350目粉料，利用等离子喷涂设备将制得的粉料 喷涂于铸型表面即得。2. 按照权利要求1所述基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特征在 于，具体过程为： 1) 合金原料：将钛合金电极固定到真空自耗电极凝壳炉电极杆上； 2) 装炉：将铸型装入真空自耗电极凝壳炉中； 3) 施加正压：首先将炉体抽真空，当炉内的真空度低于10Pa时，炉内充惰性气体，加压 力至7〇OPa~ 9〇OOPa之间； 4) 合金熔化：电流18000A~20000A，电压40V，起弧熔炼； 5) 合金的浇注：将合金原料熔化到所需重量后，翻转水冷铜坩埚，将合金液体倒入等 离子喷涂特种耐火氧化物涂层的铸型中。3. 按照权利要求1或2所述基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特 征在于：采用的惰性气体为氩气。4. 按照权利要求1或2所述基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特 征在于：选择350目的氧化钇粉和350目的氧化锆粉。5. 按照权利要求1或2所述基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺，其特 征在于：利用等离子喷涂设备将制得的粉料喷涂于铸型表面，涂层厚度0. 1mm~0. 3mm，铸 型为砂型、金属型或石墨型。
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种基于惰性气氛的钛合金自耗电极凝壳熔炼铸造工艺。其特征在于：在正压惰性气氛下采用真空自耗钛合金电极熔炼钛合金，并浇注于特种耐火氧化物等离子喷涂的铸型中，所述特种耐火氧化物等离子喷涂的铸型的制备方法为：取质量百分比为20％的氧化钇粉，75％的氧化锆粉和5％的氧化钙粉混合在一起后进行球磨，并采用高温电弧熔炼方法进行高温烧结，然后经过球化造粒筛分制得350目粉料，利用等离子喷涂设备将制得的粉料喷涂于铸型表面即得。该工艺能够有效减少合金中易挥发元素的烧损，提高合金成分一致性，并减少合金中夹杂物的含量，提高合金液体的纯净度。
【IPC分类】C23C4/10, B22C3/00, B22D35/06, C23C4/12, C22B9/16, B22C23/02
【公开号】CN105618723
【申请号】CN201410758716
【发明人】娄延春, 赵军, 刘时兵, 史昆, 刘宏宇, 刘鸿羽, 张有为, 陈晓明
【申请人】沈阳铸造研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年12月10日