一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法
【专利摘要】一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法，它涉及一种钛基复合材料的铸造方法，以解决现有高体积分数增强相钛基复合材料重力铸造充型困难、内部质量难以保证以及离心铸造方法工艺复杂、材料利用率低的问题，主要方法是：步骤一、制造吸铸模具；步骤二、熔配高体积分数增强钛基复合材料铸锭；步骤三、熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次；步骤四、铸锭准备再熔炼；步骤五、真空熔炼得到过热熔体；步骤六、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室的真空系统，开启吸铸按钮，吸铸充型并降温，得到铸件。本发明用于制备高体积分数增强相钛基复合材料铸件。
【专利说明】一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛基复合材料的铸造方法。
【背景技术】
[0002]钛基复合材料因其具有高比强度、高比模量和耐高温性能，在航空、航天、汽车等工业领域有广泛的应用前景，从而引起人们广泛关注。与纤维增强钛基复合材料相比，颗粒增强钛基复合材料具有各向同性的性质，增强相与基体结合牢固，制作工艺相对简单，具有明显的吸引力。粉末冶金、熔铸、机械合金化、快速凝固等方法都已用于原位合成颗粒增强钛基复合材料，与其它工艺比较，熔铸方法具有工艺简单，成本低等特点，有利于制备成本较低的复合材料。但含有高体积分数增强相的钛基复合材料，流动性变得非常差，常规重力铸造成型非常困难，在铸件内非常容易产生缩松、缩孔等缺陷；采用离心铸造方法能够成形，但工艺复杂、材料利用率很低、生产周期长，而且该成型方法工作量大，对于设备和工装的要求较高，成本高。因此，推广钛基复合材料的应用首先要解决的问题就是开发一种简便易行的成型方法。
【发明内容】
[0003]本发明是为解决现有高体积分数增强相钛基复合材料重力铸造充型困难、内部质量难以保证以及离心铸造方法工艺复杂、材料利用率低的问题，进而提供一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法。
[0004]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法是按照以下步骤进行:
[0005]步骤一、制造吸铸模具，所述吸铸模具为金属模具，吸铸模具的中部加工有型腔，吸铸模具的内部加工有两个排气通道，两个排气通道并列布置在型腔的两侧，排气通道的上端与型腔连通，排气通道的下端与吸铸模具的底部相抵，吸铸模具的上表面开有环形密封凹槽，吸铸模具的浇口位于环形密封凹槽内；
[0006]步骤二、在熔炼室的熔炼坩埚内放入海绵钛、C粉、B4C粉、钛或钛合金熔配成高体积分数增强钛基复合材料铸锭，其中，高体积分数增强钛基复合材料的增强相为总体积分数为 O % -20 % 的 TiC 和 TiB ；
[0007]步骤三、熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次；
[0008]步骤四、将熔炼室通入氩气至大气压力，释放真空，打开炉体，安装石墨吸口，将步骤二熔炼好的高体积分数增强相钛基复合材料铸锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚内，准备再熔炼；
[0009]步骤五、将第一密封圈安装在步骤一的吸铸模具的环形密封凹槽内，将吸铸模具置于密封好的吸铸室内并安装在模座上；石墨吸口与吸铸模具的浇口对准；
[0010]步骤六、启动真空系统，将熔炼室抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保护气体至压力为40kPa?60kPa，将铸锭重新熔炼，熔炼电流为300A?600A，熔炼2min?3min后，增大电弧电流至500A?750A,并保持Imin?2min,得到过热熔体；
[0011]步骤七、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室真空系统，运行吸铸程序，同时将熔炼电流增加至700?900A，步骤六得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满吸铸模具的型腔内；
[0012]步骤八、待铸件冷却至室温后，将吸铸室释放真空，打开吸铸模具，得到铸件。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的吸铸模具采用了金属模具，避免了制作陶瓷型壳复杂的工艺和冗繁的工序，生产效率高；合金熔体与吸铸模具不发生反应，铸件表面质量好，后续加工工序少，材料利用率高。
[0014]本发明的合金熔炼在氩气的保护下进行，合金熔体不易氧化，低熔点元素挥发量小；合金的熔炼在水冷铜坩埚中进行，与坩埚接触的合金熔体会形成薄薄一层凝壳，将合金熔体与坩埚隔开，防止合金熔体受到污染。整个过程，合金熔体受到间隙元素影响小、合金纯净度高，挥发量小、成分容易保证。
[0015]本发明由于排气阀模具设有有通气通道，因此排气阀模具内产生负压，液态的钛合金或钛铝基合金在自身重力和压差的作用下，定向流动，向排气阀模具的型腔中浇注金属液，并将排气阀铸件型腔填满；待铸件冷却一段时间后，释放真空，打开排气阀模具，得到完整铸件，铸件尺寸精度和表面光洁度高，克服了现有技术铸件浇不足，易开裂的缺点。
[0016]本发明的合金熔炼过程中合金熔体受到电磁力的搅拌，成分和硬度分布均匀，增强相在基体中分布均匀，尺寸细小，结合牢固，界面清晰。
[0017]本发明中，合金熔体在重力与气体压力双重作用下充型，充型速度快，充型能力强，所需要的过热度低。合金熔体充型后在正压力场下凝固，补缩能力好，减少了缩孔、缩松等缺陷的产生。本发明能够广泛应用到钛基合金高体积分数增强相钛基复合材料铸件的生产上，铸件的成形质量高，优于重力铸造和离心铸造的精度，本发明的成品率> 90%。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的铸件熔炼和吸铸原理示意图(图中:1是钨极，2是熔炼室，3是水冷铜坩埚的吸铸坩埚，4是水冷铜坩埚的熔炼坩埚，5是进行熔炼和吸铸的锭，6是石墨吸口，7是第一密封圈，8是吸铸模具，9是吸铸室，10是第二密封圈，11是模座、8-1是型腔、8-2是浇口，8-3是排气通道)，图2是本发明的【具体实施方式】七真空吸铸制备的楔形铸件的实物照片示意图，图3是本发明【具体实施方式】九真空吸铸制备的排气阀铸件的实物照片示意图，图4是本发明【具体实施方式】十真空吸铸制备的排气阀铸件的实物照片示意图，图5是本发明【具体实施方式】十二真空吸铸制备的排气阀铸件的实物照片示意图，图6是本发明的【具体实施方式】十七真空吸铸制备的连杆件的实物照片示意图，图7是本发明【具体实施方式】一真空吸铸制备的排气阀铸件的内部组织示意图。
【具体实施方式】
[0019]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0020]【具体实施方式】一:结合图1和图7说明，本实施方式的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法是按照以下步骤进行:
[0021]步骤一、制造吸铸模具8，所述吸铸模具8为金属模具，吸铸模具8的中部加工有型腔8-1，吸铸模具8的内部加工有两个排气通道8-3，两个排气通道8-3并列布置在型腔8-1的两侧，排气通道8-3的上端与型腔8-1连通，排气通道8-3的下端与吸铸模具8的底部相抵，吸铸模具8的上表面开有环形密封凹槽，吸铸模具8的浇口 8-2位于环形密封凹槽内；
[0022]步骤二、在熔炼室2的熔炼坩埚4内放入海绵钛、C粉、B4C粉、钛或钛合金熔配成高体积分数增强钛基复合材料铸锭，其中，高体积分数增强钛基复合材料的增强相为总体积分数为0% -20%的TiC和TiB ；
[0023]步骤三、熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次；
[0024]步骤四、将熔炼室4通入氩气至大气压力，释放真空，打开炉体，安装石墨吸口 6，将步骤二熔炼好的高体积分数增强相钛基复合材料铸锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚3内，准备再熔炼；
[0025]步骤五、将第一密封圈7安装在步骤一的吸铸模具8的环形密封凹槽内，将吸铸模具8置于密封好的吸铸室9内并安装在模座11上；石墨吸口 6与吸铸模具8的浇口 8-2对准；
[0026]步骤六、启动真空系统，将熔炼室2抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保护气体至压力为40kPa?60kPa，将铸锭重新熔炼，熔炼电流为300A?600A，熔炼2min?3min后，增大电弧电流至500A?750A,并保持Imin?2min,得到过热熔体；
[0027]步骤七、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室9真空系统，运行吸铸程序，同时将熔炼电流增加至700?900A，步骤六得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满吸铸模具8的型腔8-1内；
[0028]步骤八、待铸件冷却至室温后，将吸铸室9释放真空，打开吸铸模具8，得到铸件。
[0029]本实施方式的得到的高体积分数增强相钛基符合材料的铸件充型完整，表面质量好，经探伤检测内部质量好，无气孔、缩孔缺陷，成品率> 90%。
[0030]本发明的合金熔炼过程中合金熔体受到电磁力的搅拌，增强相在基体中分布均匀，由图7所示的晶相组织图可知，增强相尺寸细小，增强相和基体材料结合牢固，界面清晰。
[0031]本实施方式的方法在真空条件下充型，避免了间隙元素对钛基复合材料污染；重力与气体压力叠加，具有很强的充型能力；具有生产率高、结构简单、操作方便、成本低的优点；熔炼过程合金基体材料熔化并在电磁搅拌的作用下进行与增强相均匀混合，制得过热熔体。
[0032]本实施方式的步骤三将铸锭翻转重熔两次，目的是为保证铸锭成分均匀。
[0033]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中的高体积分数增强钛基复合材料的钛合金基体材料为TAl钛合金、TC4钛合金、TB5钛合金或Ti6tl钛合金。其它与【具体实施方式】一相同。
[0034]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一至二之一不同的是:步骤六中熔炼电流为400A，熔炼2.5min后，增大电弧电流至625A，并保持1.5min，得到过热熔体。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至二之一相同。
[0035]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤六中熔炼电流为320?480A，熔炼2.2?2.8min后，增大电弧电流至550?700A，并保持1.2?
1.8min，得到过热熔体。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0036]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤六中熔炼电流为300?450A，熔炼2.5?3min后，增大电弧电流至500?700A，并保持I?1.5min，得到过热熔体。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0037]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤七中熔炼电流增加至800A。其他步骤和参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0038]【具体实施方式】七:结合图1和图2说明，本实施方式的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法是按以下步骤进行的:
[0039]步骤一、制造吸铸模具8，所述吸铸模具8为金属模具，吸铸模具8的中部加工有型腔8-1，吸铸模具8的内部加工有两个排气通道8-3，两个排气通道8-3并列布置在型腔8-1的两侧，排气通道8-3的上端与型腔8-1连通，排气通道8-3的下端与吸铸模具8的底部相抵，吸铸模具8的上表面开有环形密封凹槽，吸铸模具8的浇口 8-2位于环形密封凹槽内，所述型腔为具有楔形通道型腔；
[0040]步骤二、在熔炼室2的熔炼坩埚4内放入海绵钛、C粉、B4C粉和TAl合金熔配成高体积分数增强钛基复合材料铸锭，其中C粉和B4C粉用铝箔包覆，放在熔炼坩埚4的中间位置，其中，高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为7.5%的TiC和体积分数为7.5%的 TiB ；
[0041]步骤三、熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次；
[0042]步骤四、将熔炼室4通入氩气至大气压力，释放真空，打开炉体，安装石墨吸口 6，石墨吸口 6的直径为4mm，将步骤二熔炼好的高体积分数增强相钛基复合材料铸锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚3内，准备再熔炼；
[0043]步骤五、将第一密封圈7安装在步骤一的吸铸模具8的环形密封凹槽内，将吸铸模具8置于密封好的吸铸室9内并安装在模座11上；石墨吸口 6与吸铸模具8的浇口 8-2对准；
[0044]步骤六、启动真空系统，将熔炼室2抽真空至0.2Pa?0.5Pa，通入保护气体至压力为50kPa，将铸锭重新熔炼，熔炼电流为300A?500A，熔炼2min?3min后，增大电弧电流至500A?700A,并保持Imin?2min,得到过热熔体；
[0045]步骤七、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室9真空系统，运行吸铸程序，同时将熔炼电流增加至700?800A，步骤六得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满吸铸模具8的型腔8-1内；
[0046]步骤八、待铸件冷却至室温后，将吸铸室9释放真空，打开吸铸模具8，得到楔形铸件。
[0047]本实施方式的得到的TAl基体材料、增强相为7.5% TiC和7.5% TiB的高体积分数增强相钛基复合材料楔形铸件充型完整，表面质量好，经探伤检测内部质量好，无气孔、缩孔缺陷，成品率94%。
[0048]本实施方式的方法在真空条件下充型，避免了间隙元素对钛基复合材料污染；重力与气体压力叠加，具有很强的充型能力；具有生产率高、结构简单、操作方便、成本低的优点；熔炼过程合金基体熔化并在电磁搅拌的作用下进行与增强相均匀混合，制得过热熔体。
[0049]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】七不同的是步骤二中海绵钛、C粉和B4C粉这三种原料先经混料机混匀，压制成预制块，再放入坩埚，进行熔炼。其他步骤和参数与【具体实施方式】七相同。
[0050]【具体实施方式】九:结合图1和图3说明，本实施方式的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法是按以下步骤进行的:
[0051]步骤一、制造吸铸模具8，所述吸铸模具8为金属模具，吸铸模具8的中部加工有型腔8-1，吸铸模具8的内部加工有两个排气通道8-3，两个排气通道8-3并列布置在型腔8-1的两侧，排气通道8-3的上端与型腔8-1连通，排气通道8-3的下端与吸铸模具8的底部相抵，吸铸模具8的上表面开有环形密封凹槽，吸铸模具8的浇口 8-2位于环形密封凹槽内，所述型腔为排气阀式型腔；
[0052]步骤二、在熔炼室2的熔炼坩埚4内放入海绵钛、C粉、B4C粉和TC4钛合金熔配成高体积分数增强钛基复合材料铸锭，其中，高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为7.5%的TiC和体积分数为7.5%的TiB ；
[0053]步骤三、真空熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次；
[0054]步骤四、将熔炼室4通入氩气至大气压力，释放真空，打开炉体，安装石墨吸口 6，石墨吸口 6的直径为4mm，将步骤二熔炼好的高体积分数增强相钛基复合材料铸锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚3内，准备再熔炼；
[0055]步骤五、将第一密封圈7安装在步骤一的吸铸模具8的环形密封凹槽内，将吸铸模具8置于密封好的吸铸室9内并安装在模座11上；石墨吸口 6与吸铸模具8的浇口 8-2对准，同时，将吸铸模具8预热到200°C ；
[0056]步骤六、启动真空系统，将熔炼室2抽真空至0.2Pa?0.5Pa，通入保护气体至压力为50kPa，将铸锭重新熔炼，熔炼电流为300A?500A，熔炼2min?3min后，增大电弧电流至500A?700A,并保持Imin?2min,得到过热熔体；
[0057]步骤七、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室9真空系统，运行吸铸程序，同时将熔炼电流增加至700?800A，步骤六得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满吸铸模具8的型腔8-1内；
[0058]步骤八、待铸件冷却至室温后，将吸铸室9释放真空，打开吸铸模具8，得到排气阀铸件。
[0059]本实施方式的得到的TC4基体材料、增强相为7.5% TiC和7.5% TiB的高体积分数增强相钛基复合材料楔形铸件充型完整，表面质量好，经探伤检测内部质量好，无气孔、缩孔缺陷，成品率95%。
[0060]本实施方式的方法在真空条件下充型，避免了间隙元素对钛基复合材料污染；重力与气体压力叠加，具有很强的充型能力；具有生产率高、结构简单、操作方便、成本低的优点；熔炼过程合金基体熔化并在电磁搅拌的作用下进行与增强相均匀混合，制得过热熔体。
[0061]【具体实施方式】十:如图4所示，本实施方式与【具体实施方式】九不同的是:步骤二中高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为10%的TiC和体积分数为5%的TiB。其他步骤和参数与【具体实施方式】九相同。
[0062]【具体实施方式】i^一:本实施方式与【具体实施方式】九不同的是:步骤二中高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为5%的TiC和体积分数为10%的TiB。其他步骤和参数与【具体实施方式】九相同。
[0063]【具体实施方式】十二:结合图1和图5说明，本实施方式的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法是按以下步骤进行的:
[0064]步骤一、制造吸铸模具8，所述吸铸模具8为金属模具，吸铸模具8的中部加工有型腔8-1，吸铸模具8的内部加工有两个排气通道8-3，两个排气通道8-3并列布置在型腔8-1的两侧，排气通道8-3的上端与型腔8-1连通，排气通道8-3的下端与吸铸模具8的底部相抵，吸铸模具8的上表面开有环形密封凹槽，吸铸模具8的浇口 8-2位于环形密封凹槽内，所述型腔为排气阀式型腔；
[0065]步骤二、在熔炼室2的熔炼坩埚4内放入海绵钛、C粉、B4C粉和TC4钛合金熔配成高体积分数增强钛基复合材料铸锭，其中，高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为10%的TiC和体积分数为10%的TiB ；
[0066]步骤三、真空熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次；
[0067]步骤四、将熔炼室4通入氩气至大气压力，释放真空，打开炉体，安装石墨吸口 6，石墨吸口 6的直径为4mm，将步骤二熔炼好的高体积分数增强相钛基复合材料铸锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚3内，准备再熔炼；
[0068]步骤五、将第一密封圈7安装在步骤一的吸铸模具8的环形密封凹槽内，将吸铸模具8置于密封好的吸铸室9内并安装在模座11上；石墨吸口 6与吸铸模具8的浇口 8-2对准，同时，将吸铸模具8预热到500°C ；
[0069]步骤六、启动真空系统，将熔炼室2抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保护气体至压力为50kPa?60kPa，将铸锭重新熔炼，熔炼电流为400A?550A，熔炼2min?3min后，增大电弧电流至550A?750A，并保持Imin?2min，得到过热熔体；
[0070]步骤七、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室9真空系统，运行吸铸程序，同时将熔炼电流增加至750?850A，步骤六得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满吸铸模具8的型腔8-1内；
[0071]步骤八、待铸件冷却至室温后，将吸铸室9释放真空，打开吸铸模具8，得到排气阀铸件。
[0072]本实施方式的得到的TC4基体材料、增强相为体积分数为10%的TiC和体积分数为10%的TiB的高体积分数增强相钛基复合材料楔形铸件充型完整，表面质量好，经探伤检测内部质量好，无气孔、缩孔缺陷，成品率93%。
[0073]本实施方式的方法在真空条件下充型，避免了间隙元素对钛基复合材料污染；重力与气体压力叠加，具有很强的充型能力；具有生产率高、结构简单、操作方便、成本低的优点；熔炼过程合金基体熔化并在电磁搅拌的作用下进行与增强相均匀混合，制得过热熔体。
[0074]【具体实施方式】十三:本实施方式与【具体实施方式】十二不同的是:步骤二中高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为15%的TiC和体积分数为5%的TiB。其他步骤和参数与【具体实施方式】十二相同。
[0075]【具体实施方式】十四:本实施方式与【具体实施方式】十二不同的是:步骤二中高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为5%的TiC和体积分数为15%的TiB。其他步骤和参数与【具体实施方式】十二相同。
[0076]【具体实施方式】十五:本实施方式与【具体实施方式】十二不同的是:步骤四中石墨吸口 6的直径为5mm。其他步骤和参数与【具体实施方式】是十二相同。
[0077]【具体实施方式】十六:本实施方式与【具体实施方式】十二不同的是:步骤四中用氮化硼材料制作石墨吸口 6。其他步骤和参数与【具体实施方式】十二相同。
[0078]【具体实施方式】十七:结合图1和图6说明，本实施方式的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法是按以下步骤进行的:
[0079]步骤一、制造吸铸模具8，所述吸铸模具8为金属模具，吸铸模具8的中部加工有型腔8-1，吸铸模具8的内部加工有两个排气通道8-3，两个排气通道8-3并列布置在型腔8-1的两侧，排气通道8-3的上端与型腔8-1连通，排气通道8-3的下端与吸铸模具8的底部相抵，吸铸模具8的上表面开有环形密封凹槽，吸铸模具8的浇口 8-2位于环形密封凹槽内，所述型腔8-1为连杆式型腔；
[0080]步骤二、在熔炼室2的熔炼坩埚4内放入海绵钛、C粉、B4C粉和TB5钛合金熔配成高体积分数增强钛基复合材料铸锭，其中，高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为7.5%的TiC和体积分数为7.5%的TiB ；
[0081]步骤三、真空熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次；
[0082]步骤四、将熔炼室4通入氩气至大气压力，释放真空，打开炉体，安装石墨吸口 6，石墨吸口 6的直径为4mm，将步骤二熔炼好的高体积分数增强相钛基复合材料铸锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚3内，准备再熔炼；
[0083]步骤五、将第一密封圈7安装在步骤一的吸铸模具8的环形密封凹槽内，将吸铸模具8置于密封好的吸铸室9内并安装在模座11上；石墨吸口 6与吸铸模具8的浇口 8-2对准，同时，将吸铸模具8预热到750°C ；
[0084]步骤六、启动真空系统，将熔炼室2抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保护气体至压力为50kPa?60kPa，将铸锭重新熔炼，熔炼电流为400A?600A，熔炼2min?3min后，增大电弧电流至600A?750A,并保持Imin?2min,得到过热熔体；
[0085]步骤七、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室9真空系统，运行吸铸程序，同时将熔炼电流增加至750?900A，步骤六得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满吸铸模具8的型腔8-1内；
[0086]步骤八、待铸件冷却至室温后，将吸铸室9释放真空，打开吸铸模具8，得到排气阀铸件。
[0087]本实施方式的得到的TB5基体材料、增强相为体积分数为7.5%的TiC和体积分数为7.5%的TiB的高体积分数增强相钛基复合材料楔形铸件充型完整，表面质量好，经探伤检测内部质量好，无气孔、缩孔缺陷，成品率95%。
[0088]本实施方式的方法在真空条件下充型，避免了间隙元素对钛基复合材料污染；重力与气体压力叠加，具有很强的充型能力；具有生产率高、结构简单、操作方便、成本低的优点；熔炼过程合金基体熔化并在电磁搅拌的作用下进行与增强相均匀混合，制得过热熔体。
[0089]【具体实施方式】十八:本实施方式与【具体实施方式】十七不同的是:步骤二中高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为10%的TiC和体积分数为5%的TiB。本实施方式的得到的TB5基体材料、增强相为体积分数为10 %的TiC和体积分数为5 %的TiB的高体积分数增强相钛基复合材料楔形铸件充型完整，表面质量好，经探伤检测内部质量好，无气孔、缩孔缺陷，成品率93%。其他步骤和参数与【具体实施方式】十七相同。
[0090]【具体实施方式】十九:本实施方式与【具体实施方式】十七不同的是:步骤二中高体积分数增强钛基复合材料的增强相为体积分数为5%的TiC和体积分数为10%的TiB。本实施方式的得到的TB5基体材料、增强相为体积分数为5 %的TiC和体积分数为10 %的TiB的高体积分数增强相钛基复合材料楔形铸件充型完整，表面质量好，经探伤检测内部质量好，无气孔、缩孔缺陷，成品率94%。其他步骤和参数与【具体实施方式】十七相同。
【权利要求】
1.一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法，其特征在于:所述钛基复合材料铸造方法是按照以下步骤进行: 步骤一、制造吸铸模具(8)，所述吸铸模具(8)为金属模具，吸铸模具(8)的中部加工有型腔(8-1)，吸铸模具(8)的内部加工有两个排气通道(8-3)，两个排气通道(8-3)并列布置在型腔(8-1)的两侧，排气通道(8-3)的上端与型腔(8-1)连通，排气通道(8-3)的下端与吸铸模具(8)的底部相抵，吸铸模具(8)的上表面开有环形密封凹槽，吸铸模具(8)的浇口(8-2)位于环形密封凹槽内； 步骤二、在熔炼室(2)的熔炼坩埚(4)内放入海绵钛、C粉、B4C粉、钛或钛合金熔配成高体积分数增强钛基复合材料铸锭，其中，高体积分数增强钛基复合材料的增强相为总体积分数为0% -20%的TiC和TiB ； 步骤三、熔炼铸锭，将铸锭翻转重熔两次； 步骤四、将熔炼室(4)通入氩气至大气压力，释放真空，打开炉体，安装石墨吸口(6)，将步骤二熔炼好的高体积分数增强相钛基复合材料铸锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚(3)内，准备再熔炼； 步骤五、将第一密封圈(7)安装在步骤一的吸铸模具(8)的环形密封凹槽内，将吸铸模具(8)置于密封好的吸铸室(9)内并安装在模座(11)上；石墨吸口(6)与吸铸模具(8)的浇口 (8-2)对准； 步骤六、启动真空系统，将熔炼室(2)抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保护气体至压力为40kPa?60kPa，将铸锭重新熔炼，熔炼电流为300A?600A，熔炼2min?3min后，增大电弧电流至500A?750A,并保持Imin?2min,得到过热熔体； 步骤七、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室(9)真空系统，运行吸铸程序，同时将熔炼电流增加至700?900A，步骤六得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满吸铸模具(8)的型腔(8-1)内； 步骤八、待铸件冷却至室温后，将吸铸室(9)释放真空，打开吸铸模具(8)，得到铸件。
2.根据权利要求1所述的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法，其特征在于:步骤二中的高体积分数增强钛基复合材料的钛合金基体材料为TAl钛合金、TC4钛合金、TB5钛合金或Ti6tl钛合金。
3.根据权利要求1或2所述的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法，其特征在于:步骤六中熔炼电流为400A，熔炼2.5min后，增大电弧电流至625A，并保持1.5min,得到过热熔体。
4.根据权利要求1所述的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法，其特征在于:步骤六中熔炼电流为320?480A，熔炼2.2?2.8min后，增大电弧电流至550?700A，并保持1.2?1.8min，得到过热熔体。
5.根据权利要求1所述的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法，其特征在于:步骤六中熔炼电流为300?450A，熔炼2.5?3min后，增大电弧电流至500?700A，并保持I?1.5min，得到过热熔体。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种高体积分数增强相钛基复合材料铸件的铸造方法，其特征在于:步骤七中熔炼电流增加至800A。
【文档编号】B22D18/06GK104174831SQ201410443092
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】骆良顺, 韩宝帅, 王亮, 孟宪宇, 苏彦庆, 史艳磊, 郭景杰 申请人:哈尔滨工业大学