[发明专利]一种大型薄壁蒙皮筋板钛铸件的成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金的铸造成型方法，尤其适用于大型薄壁蒙皮筋板钛铸件的成型方法。

背景技术

大型薄壁钛铸件在航空航天领域应用越来越多，但是该类铸件生产较为困难，其生产瓶颈主要有以下两点：

（1）浇注冲型困难：大型薄壁钛铸件在浇注冲型过程中铸件极易出现浇不足的情况，从而会直接导致铸件的报废；

（2）变形：铸件在生产过程中影响铸件产生变形的因素主要有以下几个方面：

①凝固收缩变形：在浇注后的凝固收缩过程中会对铸件造成一定的变形；

②热等静压变形：铸件在热等静压过程中，会对铸件造成一定的变形；

③ 探伤及缺陷处理引起的变形：铸件经浇注及热等静压后会存在一定的缺陷，而铸件在缺陷处理过程中会造成一定程度的变形。

该类铸件壁较薄且尺寸较大，无论何种因素引起的铸件变形，都会对铸件校变形工序带来巨大的麻烦，且极易造成铸件的报废。

基于上述问题，常规的钛合金铸造生产工艺已不能满足该类铸件的要求，因此迫切需要寻求一种新的成型方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型薄壁蒙皮筋板钛铸件的成型方法，该方法是将所要铸造的完整的铸件分成几部分，对各部分分别进行加工，然后再用铸造的方法将各部分黏接起来，进而得到最终的钛铸件，采用该方法可以避免浇不足及常规大型薄壁钛铸件的变形问题，也可以避免常规方法铸造大型薄壁钛铸件夹渣及表面裂纹情况的发生。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大型薄壁蒙皮筋板钛铸件的成型方法，将钛合金原料加工成若干蒙皮筋板单元后，采用铸造的方法将各蒙皮筋板单元黏接起来得到钛铸件成品，所述蒙皮筋板单元的加工方法包括如下步骤：

步骤一：制作厚度小于4mm的钛合金蒙皮，并在钛合金蒙皮上预设筋板的位置处钻设多个圆孔；

步骤二：根据步骤一制作的钛合金蒙皮的尺寸制作石墨模具，石墨模具的尺寸公差精度为±0.1mm，在石墨模具中设置筋板槽，筋板槽和石墨模具的浇注口连通；

步骤三：采用真空除气炉对步骤二所制作的石墨模具进行除气处理，除去石墨模具中的水分及挥发物；

步骤四：将步骤一所制作的钛合金蒙皮安装在经步骤三处理过的石墨模具中，使得钛合金蒙皮上的圆孔和石墨模具上的筋板槽位置相对应，并用夹板将石墨模具装夹牢固；

步骤五：采用真空自耗电弧炉二次熔炼的钛合金铸锭，在真空自耗凝壳炉中对步骤四装夹后的石墨模具进行筋板的浇铸，在浇铸液流入筋板槽的同时进入钛合金蒙皮上与筋板槽相对应的圆孔中，其中真空自耗凝壳炉的真空度控制在0.9Pa，熔化电流为22kA，浇铸完成后，随炉冷却2小时，待铸件冷却至300℃以下出炉即可得到蒙皮筋板单元。

进一步的，所述钛合金原料为TC4钛合金，其化学成分为：Al 5.5~6.5%、V 3.5~4.5%、Fe 0.3%、C 0.08%、N 0.05%、H 0.015%、O 0.2%、其它杂质0.4%、剩余为Ti。

进一步的，除气处理的方法是：将步骤二所制作的石墨模具放置于900℃~1000℃的真空除气炉中保温8小时，然后待石墨模具随炉冷却至100℃以下出炉。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

第一，本发明工艺路线新颖，首次采用全新工艺设计理念，从钛合金轧板蒙皮设计、石墨模型设计及钛合金熔炼浇铸三方综合控制大型薄壁筋板蒙皮类钛合金制品的成型过程；

第二，本发明的方法避免了浇不足情况的发生；避免了常规大型薄壁钛铸件变形问题的发生；同时，由于钛合金板是经过轧制而成，因此其内部质量较好，避免了常规方法铸造大型薄壁件夹渣及表面裂纹情况的发生；采用该种方式生产的大型薄壁钛制品具有以下优势：钛制品充型较为完整，无变形，无内部缺陷。

第三，利用本发明所述方法生产的钛铸件易于冲型，铸件尺寸精度可以得到较好的控制，蒙皮厚度均匀，表面精度高；能够有效预防变形，其原因在于：浇注后的凝固收缩相对较小，由此引起的变形也相对较小；在浇注后，铸件蒙皮无需探伤及缺陷处理，因此可以减少蒙皮缺陷补焊造成的变形；同时铸件无需热等静压，只需对网格筋板进行探伤与缺陷处理即可。

第四，蒙皮上开设与筋板位置对应的圆孔后，在浇注的过程中，浇铸液可以进入并填充圆孔，使得筋板和蒙皮之间的结合更加牢固。

具体实施方式

下面通过具体的实施例，对本发明所述的成型方法作进一步的说明。