[发明专利]一种高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法

说明书

本发明的目的是提供一种高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，具体为：制备真空自耗电极电弧凝壳炉用钛基复合材料电极，然后加工出所需石墨铸型；制备等离子喷涂粉末原料，然后利用等离子喷涂技术在石墨铸型表面喷涂耐火涂层；石墨铸型真空除气后，按照铸型组型装配要求进行装配组合；将组合好的铸型放置于真空自耗凝壳熔炼炉中进行真空离心浇铸。利用本发明所述工艺铸造出的钛基复合材料铸件，具有高内部质量、高表面质量、高尺寸精度、高性能、耐冲击的优点，同时与其他工艺方法相比大幅度降低了生产成本、缩短了生产周期、提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及一种铸造方法，特别提供一种钛基复合材料精密成形的石墨型铸造方法。

背景技术

随着航空航天、石油化工、矿产开采等行业的快速发展，对一些耐磨、耐腐蚀泵体、盖板、叶片类钛基复合材料铸件的需求越来越多。此类产品主要通过铸造来成形，目前钛基复合材料铸造技术主要通过熔模精密铸造、机加工石墨铸造等工艺。

针对钛基复合材料需要在耐磨、耐腐蚀、耐冲击环境下使用，需要材料具有较高的性能，传统的熔模精密铸造方法制备的钛基复合材料晶粒粗大，冲击性能不高，并且生产周期较长，型壳基本是一次性使用，成本较高。采用机加工石墨铸型工艺，可以利用数控加工中心快速将石墨铸型加工完成，并且通过合理设计铸型结构，能够使铸型可以重复使用，由于石墨铸型具有较强的激冷作用，可以细化晶粒。同时，铸件在真空离心过程中，可以打碎枝晶细化晶粒，提高铸件性能。

另外，传统涂刷工艺方法在石墨铸型表面涂刷涂层，容易使涂层厚度不均匀，涂层结合强度不高，容易剥落，在铸件内部产生夹渣缺陷。利用等离子喷涂技术在石墨铸型表面喷涂涂层，相比较传统涂刷工艺方法，可以有效的提高涂层厚度一致性、提高涂层结合强度、提高铸件表面质量，防止铸件内部出现夹渣，具有明显的提高质量的效果。

因此，利用机加工石墨铸型工艺铸造钛基复合材料铸件，具有高性能、高尺寸精度、高表面质量、生产周期短、效率高、成本低的特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位自生(增强体非外部加入，而是由基体组分间自生反应合成的金属基复合材料)高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，该方法主要采用熔铸法制备高体积分数钛基复合材料精密铸件，区别于直接在钛基材料中加入TiB或TiC增强相来进行增强的方法。本发明利用石墨铸型的激冷作用和真空自耗电极电弧凝壳炉离心铸造相结合，得到高体积分数钛基复合材料叶片铸件。

本发明技术方案如下：

一种高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，其特征在于，工艺步骤如下：

(1)制备真空自耗电极电弧凝壳炉用钛基复合材料电极：

利用粉末冶金工艺制备钛基复合材料电极，钛基复合材料成分：Al5.5～6.8％、V0.8～2.5％、Mo 0.5～2.0％、Zr 1.5～2.5％、Fe 0～0.30％、Si 0～0.15％、C 0.5～1.5％、B 2.5～6.7％、N 0～0.05％、H 0～0.015％、O 0～0.12％、余量为Ti；

(2)制备石墨铸型；

(3)制备等离子喷涂粉末原料：

取7～9％粒度45μm～75μm的氧化钇粉、9～11％粒度45μm～75μm氧化钙粉、1～3％粒度45μm～75μm氧化铝粉、余量采用粒度45μm～75μm氧化锆粉，混合均匀后球磨3～4小时；采用高温电弧熔炼的方法对所得粉料进行高温烧结，烧结温度1800℃～3000℃，所得材料再进行球化造粒，制得45μm粉末；

(4)石墨铸型表面喷涂耐火涂层：

利用等离子喷涂技术，将制备好的喷涂粉末喷涂到石墨铸型表面；

(5)石墨铸型真空除气后，按照铸型组型装配要求进行装配组合；