专利名称：一种耐腐蚀大比重钛合金球体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造钛合金材料技术，特别是涉及一种新型耐腐蚀高比重 钛合金球体及其制造方法。
背景技术：
艇用升浮球阀内球体依靠水压而升降，工作时球体浮升，停止工作时球体
靠自重关闭。目前国内升浮阀门内球体的材料为Crl8钢制球体，耐海水腐蚀性 能、耐冲刷性能较差，使用寿命很短，使用一段时间后造成升浮设备专用球阀 内球体损坏频繁。国内外艇上球阀均采用钢阀材料，使得一直存在的问题没有 得到解决。
因此，迫切需要一种耐蚀大比重钛合金球，解决升浮球阀内球体存在的腐 蚀问题，大幅度提高现用升浮设备专用阀门内球体的使用寿命，减少升浮用专 用球阀内球体的更换次数，增强升浮设备的可靠性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型耐腐蚀高比重钛合金球体，解 决升浮球阀内球体存在的腐蚀问题，大幅度提高现用升浮设备专用阀门内球体 的使用寿命，同时减少升浮用专用球阀内球体的更换次数，增强升浮设备的可 靠性能。
本发明进一步解决的技术问题是提供一种耐腐蚀高比重钛合金球体的制备方法。
本发明通过采用如下技术方案达到解决上述问题的目的本发明的耐腐蚀高比重钛合金球体，由铅球表面层覆盖纯钛或钛合金材料 制备，球体由两部分组成心部为金属铅球，外部为纯钛或钛合金。由于钛及 钛合金具有很好的耐腐蚀性能，密度大约4.5g/cm3，通过加入大比重Pb元素和
合理的球体结构设计可以满足艇用升浮球阀内球体的密度和耐腐蚀性能要求。
本发明的耐腐蚀高比重钛合金球体，其更优选的技术方案是金属铅球外 部纯钛或钛合金的壁厚大于2mm。
如果升浮设备专用球阀内球体全部采用钛或钛合金，则球体重量将减少至 原钢球体的约50%，将影响到球阀初始密封压力的建立，为此，在提高球体耐 腐蚀性能的前提下，采用铅球表面覆盖钛或钛合金的铸造新工艺来满足潜艇用 升浮球阀内球体对密度的要求；同时，为了保证球体表面的加工性能和球体的 冲击强度，钛或钛合金壳的壁厚要求大于2mm。
本发明耐腐蚀高比重钛合金球体的制备方法是首先将铅球固定于机加工 石墨模具的球形型腔屮心处，使放入的铅球不与石墨壁接触，并力争做到铅球 位置在型腔的正中心。其次，采用真空感应炉或真空自耗电极凝壳炉熔炼并浇 铸纯钛或钛合金材料，使纯钛或钛合金熔液充型以上石墨型壳。最后，对以上 浇铸好的耐腐蚀高比重钛合金球体铸件进行机加工和研磨，以满足球体使用时 尺寸精度的要求。 -
所述的制备方法，优选的技术方案是铅球在石墨模具球形型腔中心固定
的具体操作方法是在铅球和石墨壁上分别一一对应进行钻孔，并用纯钛或钛合 金丝放入孔中连接铅球与石墨壁，使铅球不与石墨壁接触，且铅球位于石墨模 具球形型腔中心。具体方法可以见图l所示。
所述的制备方法，优选的技术方案也可以是真空自耗电极凝壳炉熔炼浇 铸时允许工作真空度0.9-15Pa，熔炼电流20000-25000Pa，工作电压20-50V; 真空感应炉熔炼浇铸时允许熔炼真空度2.0-15Pa，熔炼功率200-300KW。
通过采用以上的技术方案，实现了耐腐蚀高比重钛合金球体材料的结构设 计及球体制备，本发明具有以下效果(1) 该球体具有类似于常用艇用升浮球阀内钢制球体的密度，数值为7.0
-9.0g/cm3，满足球体的密度要求。
(2) 该球体具有等同于纯钛或钛合金的耐腐蚀性能，和耐冲刷性能，可以 提高艇用升浮球阀内球体的使用寿命，增强升浮设备的可靠性能。
(3) 球体研制成功对更换维修起到关键性的作用，应用前景很好，经济效
益将十分明显。
图1是本发明的铅球在石墨模具球形型腔中心固定示意图。 其中，1是心部的铅球，2、 4分别为石墨模具的上下型，3为连接铅球与 石墨壁的钛或钛合金丝。
具体实施方式
实施例1:
制造直径030.162的艇用升浮球阀内球体。该球体由两部分组成心部为
直径026mm金属铅，外部为壳层壁厚约为2mm的TC4钛合金。TC4钛合金的 密度为4.45g/cm3，铅密度11.34 g/cm3，通过在直径026mm金属铅球表面层覆 盖钛合金，实现球体的密度值为8.9 g/cm3，能较好地满足升浮设备专用球阀对 球体的密度要求。
该球体的制造方法如下
(1) 制造石墨模具共两套 一套要求石墨模具内部孔径为030mm，该模 具用于浇铸030mm铅球，浇铸完成后，将该030mm铅球加工成较高精度的 026mm铅球。另一套要求石墨模具内部孔径为036mm，浇铸前将较高精度的 026mm铅球牢固地固定于该模具球形型腔的正中心位置，固定方法如说明书附 图所示。
(2) 在不锈钢容器中装入Pb金属块，在加热炉中加热至45(TC，使Pb完 全熔化。将熔化后的Pb金属液浇入内部孔径为30mm石墨模具中。浇铸完成后， 将该030mm铅球加工成较高精度的026mm铅球。(3)将026mm的Pb球放入第二套石墨模具中的036mm内部孔中，并使 放入的Pb球不与石墨壁接触，力争做到铅球位置在孔洞的中心，铅球的固定方 法如附图1所示，在铅球的外面下部至少选择三个点进行钻孔，并在石墨模具 的对应位置钻孔，浇铸前在感应炉炉腔内对石墨模具进行组装加固，用钛合金 丝连接铅球与石墨壁，使铅球不与石墨壁接触，且铅球位于石墨模具球形型腔 中心。
(4) 真空感应炉熔炼ZTC4钛合金，熔化完后浇注以上加同好的石墨型 壳。预抽真空度3.2Pa，熔炼过程中真空度为3.2-15Pa，熔炼功率为200KW， 钛合金全部熔化后即开始浇注，浇铸方式为静浇方式。
(5) 对以上浇铸好的耐腐蚀高比重钛合金球体铸件进行机加工和研磨成 030.162的球体。
权利要求
1、一种耐腐蚀大比重钛合金球体，其特征在于球体由铅球表面层覆盖纯钛或钛合金材料制备，球体的心部为金属铅球，球体的外部为纯钛或钛合金。
2、 根据权利要求1所述耐腐蚀大比重钛合金球体，其特征在于金属铅球 外部纯钛或钛合金的壁厚大于2mm。
3、 根据权利要求1所述耐腐蚀大比重钛合金球体的制造方法，其特征在于首先将铅球固定于机加工石墨模具的球形型腔中心处，使放入的铅球不与石墨壁接触，并力争做到铅球位置在型腔的正中心；其次，采用真空感应炉或真空 自耗电极凝壳炉熔炼并浇铸纯钛或钛合金材料，使纯钛或钛合金熔液充型以上 石墨型壳；最后，对以上浇铸好的耐腐蚀高比重钛合金球体铸件进行机加工和 研磨，以满足尺寸精度的要求。
4、 根据权利要求3所述耐腐蚀大比重钛合金球体的制造方法，其特征在 于铅球在石墨模具球形型腔中心固定方法是在铅球和石墨壁上分别一一对应 进行钻孔，并用纯钛或钛合金丝放入孔中连接铅球与石墨壁，使铅球不与石墨 壁接触，且铅球位于石墨模具球形型腔中心。
5、 根据权利要求3所述耐腐蚀大比重钛合金球体的制造方法，其特征在 于真空自耗电极凝壳炉熔炼浇铸时允许工作真空度0.9-15Pa，熔炼电流 20000-25000Pa，工作电压20-50V;真空感应炉熔炼浇铸时允许熔炼真空度 2.0-15Pa，熔炼功率200-300KW。
全文摘要
本发明介绍了一种耐腐蚀高比重钛合金球体及其制造方法，球体由铅球表面层覆盖纯钛或钛合金材料制备，金属铅球外部纯钛或钛合金的壁厚大于2mm。其制造方法是将铅球固定于石墨模具的球形中心，在铅球和石墨壁上分别一一对应进行钻孔，并用纯钛或钛合金丝连接；然后熔炼并浇铸钛合金材料，最后对球体铸件加工以满足要求。本发明的球体具有类似于钢制球体的密度，满足球体的密度要求；球体具有等同于纯钛或钛合金的耐腐蚀性能和耐冲刷性能，可以提高艇用升浮球阀内球体的使用寿命，增强升浮设备的可靠性能；本发明的应用前景很好，经济效益明显。
文档编号F16K1/14GK101482183SQ200910064180
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月6日 优先权日2009年2月6日
发明者周洪强, 杨学东, 陆峻枫 申请人:洛阳双瑞精铸钛业有限公司