[发明专利]一种Ti55铸造高温钛合金的控温凝固方法

说明书

一种Ti55铸造高温钛合金的控温凝固方法，在真空中将模壳温度加热到600～950℃恒温1～2小时，再进行浇注，凝固过程中控制金属液体冷却速度，在500～900℃保温15～60min，再随炉冷却，从而达到消除铸造过程中裂纹的目的，并且获得的铸件表面光洁度更好，提高了钛合金铸件的充型性和组织致密性，有效消除铸造过程中的开裂变形的问题。

技术领域

本发明属于钛合金铸造领域，涉及高温钛合金铸造熔融凝固的方法，具体为一种Ti55铸造高温钛合金的控温凝固方法。

背景技术

钛及钛合金由于具有密度低、比强度高、耐腐蚀等优点，已经在航空、航天、海洋运输、化工冶金、医疗等领域得到广泛的应用。高温钛合金是为提高航空发动机推重比而开发的，包括以固溶强化为主要强化方式的传统高温钛合金和以有序强化为主的Ti-Al系金属间化合物，本文中提到的高温钛合金为近α钛合金，服役温度为560℃～650℃。钛合金成型方法除了切削加工外，还有铸造和锻造，钛合金锻件成本较高、且生产周期长，相比之下，钛合金精密铸造技术具有成本低、周期短、一次性近净成形等优点，但是钛及钛合金在铸造过程中极易形成缩松、缩孔、微裂纹等缺陷，由于残余应力大，有的铸件甚至会出现贯穿性裂纹。较小的缩松、缩孔可以通过热等静压消除，然而，一些较大的铸造缺陷，热等静压也无法解决，对于一些形状不规则的零件，极易出现铸造裂纹和变形等问题，从而导致铸件报废，成品率低，极大地增加了铸造成本。

张勇弢、张润华等人发明了一种钛及钛合金离心铸造整体浇注的方法(专利号CN104209487)，解决了现有的钛及钛合金离心铸造过程中存在的由于组炉方式、整体浇注方法不合理使得钛合金零件缺陷多以及成品率低的问题，但对于铸造过程中裂纹等问题关注较少。

哈尔滨实钛新材料科技发展有限公司发明了一种钛合金及钛铝合金的低成本精密铸造方法(专利号CN102294436)，解决了现有的采用电熔氧化铝、硅溶胶降低钛合金和钛铝合金熔模精密铸造成本的方法，并解决了铸件表面及内部质量差的技术问题。

姜敏、鲁雄刚等人发明了一种用于钛及钛合金精密铸造的型壳及其制备方法(CN102990006)，由于锆酸钡陶瓷型壳与钛及钛合金反应程度小，铸件表面形成的粘污层厚度小，铸件表面光洁度高，缺点是关于铸造应力方面略欠考虑。

综上可以看出，目前关于减少钛合金铸造成本和钛合金铸造后缩松、缩孔、表面质量等问题的研究较多，但是通过控制凝固路径消除残余应力、铸件裂纹的专利和报道较少。

发明内容

为克服现有技术中存在的钛合金铸造后缩松、缩孔和表观质量差的不足，本发明提出了一种Ti55铸造高温钛合金的控温凝固方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，涂挂模具。

涂挂时在模具的面层、过渡层、背层、封严层分别涂挂2层、2层、3层、1层；面料涂挂材料为纯氧化钇。

步骤2，脱蜡、焙烧。

将涂挂后的模具置于电热鼓风干燥箱中进行脱蜡处理，得到模壳；通过高温箱式炉对得到的模壳进行焙烧，得到纯氧化钇模壳。

所述脱蜡处理时，将电热鼓风干燥箱升温至150℃；将涂挂模具放入该电热鼓风干燥箱内保温2h；保温结束后该电热鼓风干燥箱继续升温至170℃保温2h，完成模具的脱腊。

所述焙烧时，将所述高温箱式炉升温至350℃；将所述模壳放入该高温箱式炉内保温1h；保温结束后，该高温箱式炉继续升温至600℃并保温0.5h；保温结束后，该高温箱式炉继续升温至970℃并保温2h，完成对该模壳的焙烧，得到纯氧化钇模壳。

步骤3，熔炼；将小块的Ti55合金铸锭装入底部铺有海绵钛的坩埚内。在10^－3Pa的真空环境下对所述小块铸锭进行熔炼，使小块铸锭熔化，得到Ti55合金铸锭的熔液。