CN101143381B - 钛合金精铸熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钛合金加工方法。钛合金精铸熔炼方法,其主要为蜡模后进行制壳、再经脱蜡、制壳培烧、浇注及后处理步骤:其中制壳培烧:采用耐火硅溶胶涂料层制壳,耐火填料为95%氧化钇和5%氧化锆混合物粉末,按6层半-8层半制壳;熔炼和浇注真空度达到6.65-0.665Pa时开始熔炼,当钛液温度达到浇注要求后,立即开动离心转盘调转速到所有值,整个浇注过程在3-5秒钟内完成,铸件浇完在炉内冷却至400℃以下,制得钛合金精密铸造件。本发明制得的钛合金耐高低温,工作温度范围较宽,耐低温-253℃,耐高温可达550℃;密度小,质量轻,比强度高;有优良的抗腐蚀性,在各种浓度的硝酸、锰酸等介质中使用,性能稳定。

Description

钛合金精铸熔炼方法
所属技术领域:
本发明涉及钛合金加工方法。
背景技术:
随着高附加值船的建造,钛合金阀门大量应用于船舶上,另外航空等也需大量钛合金,由于钛合金的活性太强,它能与氧氮氢、硅、碳进行反应,能与各种酸和各种氧化物起反应,如:SiO2、Mgo等,所以钛和钛合金逐渐的生产从制壳、熔炼及浇注都带来极大的难度。目前钛合金多采用倒坯、熔炼后采用塻具煅铸,熔炼煅铸过程复杂,工艺条件不理想,熔炼设备都采用真空自耗电极电弧凝壳炉,但它用的自耗电极的制造非常麻烦,第二钛液的过热度提高受限制,不能使用废料、回炉料和钛屑。因此我们选定使用水冷铜坩埚感应凝壳炉,这种熔炼方法成为ISM法;熔炼使用70%好料、30%回炉料,这种熔炼法不用制备自耗电极,安全操作可靠。铸件毛坯制造难度很大,合金性能欠佳等。影响了钛合金的应用。
发明内容:
本发明的目的是克服上述不足问题,提供一种钛合金精铸熔炼方法,工艺简单,条件优化,产品性能佳。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:钛合金精铸熔炼方法,主要为蜡模后进行制壳、再经脱蜡、制壳培烧、浇注及后处理步骤:
其中制壳培烧:采用耐火硅溶胶涂料层制壳,耐火填料为95%氧化钇和5%氧化锆混合物粉末,在严禁强制通风干燥条件下采用电熔ZrO2涂挂第一、二层,在涂挂二层时沾硅溶胶强化处理后再沾涂料和撒砂;然后在强制进行通风条件下进行三层以上涂挂,三层开始采用莫来石粉硅溶胶涂料,撒砂莫来石砂;四层开始撒砂粒度较大莫来石砂,三层开始使用的莫来石粉硅溶胶涂料的粘度均采用19-23秒,按6层半-8层半制壳;
熔炼和浇注:采用水冷铜坩埚感应凝壳炉熔炼,熔炼使用70%好料、30%回炉料,真空度达到6.65-0.665Pa时开始熔炼,当钛液温度达到浇注要求后,立即开动离心转盘调转速到所有值,整个浇注过程在3-5秒钟内完成,浇注完钛液后立即将坩埚恢复到原位,铸件浇完在炉内冷却至400℃以下,制得钛合金精密铸造件。
所述钛合金精密铸造件后处理:包括切割和清理,采用氧-乙炔火焰切割或砂轮切割均可,清除浇口残余,精整铸件外形,精整好,检查合格后的铸件在温度500℃-700℃,恒温时间0.5-3.0小时下进行退火处理。
后处理还包括喷砂和酸洗,喷砂或抛丸后进行酸洗,其腐蚀率一般为0.005-0.007mm/min去除量一般为几十分之一密耳(1密耳=2.54×10mm),酸洗后高压水冲洗残酸,在100℃-120℃的热空气中干燥。
所述后处理采用的酸液为硝酸(浓)∶氢氧化酸=15∶1重量比配制的酸液。
所述酸液为33.2%硝酸,1.6%氢氟酸,65.2%水耳酸混合液,(硝酸规格65%HNO3,氢氟酸40%HF)。
所述钛合金为航空和航天铸件,须进行热等静压处理,处理温度850±14℃,热等静压100-120Mpa,炉内处理时间2-5小时。
所述钛合金为球阀用钛合金。
所述层制壳表面涂料所加活性剂和消泡剂按10kg,硅溶胶加16ml烷基磺酸钠,消泡剂正辛醇按涂料总量的万分之五加即可。制壳温度为26℃±1℃。
所述三层以上强制通风风速以8米/秒为宜。
所述硅溶胶:SiO2=30%PH=10平均粒度8μm平均表面积275m2/,1.214g/cm3,粘度:小于10CP(1CP=10-3)Pa.S)Na2O=0.70%。
所述耐火填料为95%氧化钇和5%氧化锆混合经过电熔加工,然后粉碎成325目的粉末。
所述耐火硅溶胶涂料中加入基离子源调PH值到PH≥11。
所述涂料的粘度36~42秒。
所述熔炼和浇注铸件浇完在炉内充氩气加速铸件冷却至400℃以下。本发明钛合金加工方法简单合理,工艺条件易控制,制壳耐火填料采95%氧化钇和5%氧化锆加在一起经过电熔加工,然后粉碎成325目的粉,这种涂料不会发生氧化钇水化反应。氧化钇-硅溶胶涂料,当PH<11时,该涂料容易发生胶凝,因此需加一定量的基离子源将涂料的PH值调到PH≥11,这样的涂料可以保证6天或更长时间不胶凝。
本发明制得的钛合金耐高低温,工作温度范围较宽,耐低温-253℃,耐高温可达550℃;密度小,质量轻,比强度高;有优良的抗腐蚀性,在各种浓度的硝酸、锰酸等介质中使用,性能稳定。采用该方法制得的钛合金球阀,阀门质量指标又进了一大步,解决了阀门表面精度问题,革除了普通阀门、阀盘、压紧螺母和锁紧垫的弊病,使阀门结构精练,开闭方便,杜绝外漏,达到国内船用阀门的领先水平。
附图说明:
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式:
如图1所示,钛合金精铸熔炼方法,主要为蜡模后进行制壳、再经脱蜡、制壳培烧、浇注及后处理步骤:
制壳培烧:粘结剂采用NaLcog1130硅溶胶:SiO2=30%PH=10平均粒度8μm平均表面积275m2/,1.214g/cm3,粘度:小于10CP(1CP=10-3)Pa.S)Na2O=0.70%。耐火填料采用95%氧化钇和5%氧化锆混合在一起经过电熔加工,然后粉碎成325目的粉,氧化钇-硅溶胶涂料,加入一定量的基离子源将涂料的PH值调到PH≥11,这样的涂料可以保证6天或更长时间不胶凝,涂料的粘度控制在36~42秒,制壳时制壳操作室的温度要求:26℃±1℃。一、二层使用电熔ZrO2,粒度100/140目,在涂挂二层时沾硅溶胶强化处理后在沾涂料和撒砂,第一二层制壳操作,严禁强制通风干燥,以避免模壳裂纹;第三层开始使用莫来石粉硅溶胶涂料,撒砂粒度30/60目莫来石砂。第四层开始撒砂粒度改用10/30目莫来石砂,从第三层开始使用的莫来石粉硅溶胶涂料的粘度均采用19-23秒。第三层制壳开始,需强制进行通风以加强型壳干燥。风速以8米/秒为宜。制壳的层数一般按6层半制壳厚度即可,特殊大件可以增至8层半。表面涂料所加活性剂和消泡剂按10kg,硅溶胶加16ml烷基磺酸钠,消泡剂正辛醇按涂料总重量的万分之五加即可。
熔炼和浇注:采用VISF-15水冷铜坩埚感应凝壳陆(也称冷壁坩埚感应凝壳炉)熔炼设备,熔炼方法成为ISM法;熔炼使用70%好料、30%回炉料,这种熔炼法不用制备自耗电极,安全操作可靠。熔炼前应对凝壳炉各部件,尤其是坩埚,水冷系统进行认真检查,发现故障及时排除后方可装料准被开炉。认真安装型壳并固定牢靠,安放过度浇口杯须卡紧牢靠,这些工作结束后就闭炉抽真空。当真空度达到6.65-0.665Pa时就可以送电开始熔炼,当送电一段时间,要控制好电压、电流、熔化速度、真空度等工艺参数,保证钛液的过热度,当钛液温度达到浇注要求后,立即开动离心转盘调转速到所有值,整个浇注过程在3-5秒钟内完成。浇注完钛液后立即将坩埚恢复到原位。铸件浇完在炉内冷却至400℃以后真空炉,也可以充氩气加速铸件冷却。
铸件后处理:钛合金精密铸造件的切割和清理工艺:
(1)采用氧——乙炔火焰切割或砂轮切割均可。
(2)清除浇口残余,精整铸件外形。
(3)铸件热处理:
精整好,检查合格后的件需进行退火处理:
(4)喷砂和酸洗:
钛合金铸件由于存在a污染层,所以喷砂或抛丸后必须进行酸洗,其腐蚀率一般为0.005-0.007mm/min去除量一般为几十分之一密耳(1密耳=2.54×10mm)
硝酸(浓)∶氢氧化酸=15∶1
质量百分数33.2%硝酸,1.6%氢氟酸,65.2%水耳酸混合酸液洗效果最好。(硝酸规格65%HNO3,氢氟酸40%HF)酸洗后高压水冲洗残酸,在100℃-120℃的热空气中干燥。分析酸洗液,当溶液中钛含量超过12g/L时,该酸洗夜必须报废。
钛合金铸件焊补的工艺参数
焊补铸件厚度/mm  焊丝直径/mm  钨机丝直径/mm  焊枪喷嘴直径/mm 焊接弧压/V  焊接电流/A  氩气流量/L/min
 焊枪喷嘴  拖斗或背部
<3  1-2  2  8-12 -  50-130  8-12  4-12
3-10  1.6-3.0  2-3  16-20 -  90-130  12-16  4-12
>10  2.0  2.5-4.0  16-24 -  130-150  15-25  4-12
钛合金热等静压处理:钛和钛合金铸件的特殊性,很多情况是浇注系统设备解决不了的密封气孔、缩孔、缩松等缺陷,而铸件又不允许这些缺陷存在时可以采用热静等压处理来把这些缺陷密合,也就是让这些内部缺陷消失。
处理温度850±14℃,热等静压100-120Mpa,炉内处理时间2-5小时,由于没有快速冷却装置,只能随炉冷却至300℃以后出炉。一般不进行热等静压处理。而航空和航天铸件必须进行热等静压处理。
钛和钛合金铸件的退火处理:由于钛和钛合金退火温度不高,没有组织结构的变化,因此退火处理可以在一般的电炉内进行。根据材质的不同退火的温度范围在500℃-700℃不等,恒温时间0.5-3.0小时,视铸件的壁厚而走。

Claims (8)

1.钛合金精铸熔炼方法,其特征是:其主要为蜡模后进行制壳、再经脱蜡、制壳培烧、熔炼和浇注及后处理步骤:
其中制壳培烧:采用耐火硅溶胶涂料,其中耐火填料为95%氧化钇和5%氧化锆混合物粉末,在严禁强制通风干燥条件下采用电熔氧化锆涂挂第一、二层,在涂挂第二层时沾硅溶胶强化处理后再沾耐火硅溶胶涂料和撒砂;然后在强制进行通风条件下进行三层以上涂挂,三层开始采用莫来石粉硅溶胶涂料,撒砂莫来石砂;四层开始撒砂粒度较大莫来石砂,三层开始使用的莫来石粉硅溶胶涂料的粘度均采用19-23秒,按6层半-8层半制壳;
熔炼和浇注:采用水冷铜坩埚感应凝壳炉熔炼,真空度达到6.65-0.665Pa时开始熔炼,当钛液温度达到浇注要求后,立即开动离心转盘调转速到所设值,整个浇注过程在3-5秒钟内完成,浇注完钛液后立即将坩埚恢复到原位,铸件浇完在炉内冷却至400℃以下,制得钛合金精密铸造件。
2.根据权利要求1所述的钛合金精铸熔炼方法,其特征是:其后处理步骤包括切割和清理:采用氧-乙炔火焰切割或砂轮切割均可,清除浇口残余,精整铸件外形,精整好,检查合格后的铸件在温度500℃-700℃,恒温时间0.5-3.0小时下进行退火处理。
3.根据权利要求1所述的钛合金精铸熔炼方法,其特征是:其后处理步骤包括喷砂和酸洗,喷砂后进行酸洗,其腐蚀率为0.005-0.007mm/min,去除量为几十分之一密耳,1密耳=25.4微米,酸洗后高压水冲洗残酸,在100℃-120℃的热空气中干燥。
4.根据权利要求1所述的钛合金精铸熔炼方法,其特征是:钛合金为航空和航天铸件,须进行热等静压处理,处理温度850±14℃,热等静压100-120Mpa,炉内处理时间2-5小时。
5.根据权利要求1所述的钛合金精铸熔炼方法,其特征是:层制壳表面涂料加活性剂和消泡剂,活性剂按10kg硅溶胶加16ml烷基磺酸钠,消泡剂正辛醇按涂料总量的万分之五加即可。
6.根据权利要求1所述的钛合金精铸熔炼方法,其特征是:制壳温度为26℃±1℃,三层以上强制通风风速为8m/s。
7.根据权利要求1所述的钛合金精铸熔炼方法,其特征是:熔炼和浇注铸件浇完在炉内充氩气加速铸件冷却至400℃以下。
8.根据权利要求1-7任一所述的钛合金精铸熔炼方法,其特征是:钛合金为球阀用钛合金。
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Patentee before: Dalian Jinmei Valve Co.Ltd

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