CN101628332A - 一种钛及钛合金的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛及钛合金的铸造方法，将纯钛或钛合金原料放入冷坩埚，将升液管连通上炉腔和下炉腔；将冷坩埚抽真空；在200～1000℃预热吸铸型壳，在500～1000℃预热升液管，并将纯钛或钛合金原料预热至500～1000℃；从下炉腔真空阀抽真空后充入氩气；开始冷坩埚悬浮熔炼纯钛或钛合金原料，纯钛或钛合金原料熔化后过热度保持在100～400℃；升高冷坩埚至升液管浸入合金液面时，快速抽真空，纯钛或钛合金熔液进入吸铸型壳。保压至铸件成型；关闭真空，降低冷坩埚至纯钛或钛合金熔液与升液管分离；待吸铸型壳温度降至20～400℃开启吸铸型壳，取出铸件。本发明制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造方法，尤其是钛及钛合金的铸造方法。
背景技术
目前公知的钛及钛合金的铸造方法是钛合金精铸熔炼方法。在中国专利[200710157716.2：一种钛合金精铸熔炼方法]中，该发明采用冷坩埚悬浮熔炼的方法熔炼合金液，然后通过离心铸造的方法制备钛合金铸件。该方法存在着显著不足：通过离心铸造的方法得到的铸件充型能力不高，铸件无法实现顺序凝固，影响铸件质量，特别是复杂薄壁铸件无法实现完整充型，生产效率低，铸件的缺陷较多，性能欠佳。
发明内容
为了克服现有技术铸件质量不够高的不足，本发明提供一种钛及钛合金铸造方法，大大提高了铸件的质量和生产效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
一、将升液管连通上炉腔和下炉腔，升液管上端连接上炉腔内的吸铸型壳，升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方。将纯钛或钛合金原料放入冷坩埚内。
二、在200～1000℃预热吸铸型壳，在500～1000℃预热升液管，并将纯钛或钛合金原料预热至500～1000℃。
三、关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空。当由上炉腔、下炉腔与升液管构成的密闭空间真空达到6.6×10-3～6.6×10-1Pa时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至5×104～1.1×105Pa。开始冷坩埚悬浮熔炼纯钛或钛合金原料，纯钛或钛合金原料熔化后过热度保持在100～400℃，保持0～10min。
四、以100～600mm/s的速率升高冷坩埚，至升液管浸入合金液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，纯钛或钛合金熔液进入吸铸型壳，保压0～30min，至铸件成型。
五、关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至纯钛或钛合金熔液与升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待吸铸型壳温度降至20～400℃开启吸铸型壳，取出铸件。制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
本发明所述的吸铸型壳采用熔模刚玉陶瓷型壳或熔模石墨型壳或钢模铸型。
本发明所述的升液管采用纯钛升液管或陶瓷升液管。
本发明的有益效果是：由于采用真空吸铸技术，熔炼后的钛及钛合金液态金属充型能力强，且能实现顺序凝固，特别是对于复杂薄壁零件充型完整，铸件的表面质量好，精度高，从而提高铸件质量。本发明将冷坩埚悬浮熔炼技术与真空吸铸技术相结合，大大提高了铸件的质量，减少了铸件的次品率，并能实现铸件的净成型，减少了后期加工工艺，节约了制造成本，提高了生产效率，具有显著的经济效益。特别是在钛及钛合金复杂薄壁零件的精密铸造中具有显著的经济效益。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
一、陶瓷升液管连通上炉腔和下炉腔，陶瓷升液管上端连接上炉腔内的熔模刚玉陶瓷型壳，陶瓷升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方。将纯钛原料放入冷坩埚内。
二、在1000℃预热熔模刚玉陶瓷型壳，在1000℃预热陶瓷升液管，并将纯钛原料预热至1000℃。
三、关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空。当由上炉腔、下炉腔与陶瓷升液管构成的密闭空间真空达到1×10-2Pa时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至5×104Pa。开始冷坩埚悬浮熔炼纯钛原料，纯钛原料熔化后过热度保持在100℃，保持10min。
四、以600mm/s的速率升高冷坩埚，至陶瓷升液管浸入纯钛金属液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，纯钛熔液进入熔模刚玉陶瓷型壳，保压30min，至铸件成型。
五、关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至纯钛熔液与升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待熔模刚玉陶瓷型壳温度降至20℃开启吸铸型壳，取出铸件。制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
实施例2：
一、纯钛升液管连通上炉腔和下炉腔，纯钛升液管上端连接上炉腔内的熔模刚玉陶瓷型壳，纯钛升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方。将TiAl合金原料放入冷坩埚内。
二、在200℃预热熔模刚玉陶瓷型壳，在500℃预热纯钛升液管，并将TiAl合金原料预热至500℃。关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空。
三、当由上炉腔、下炉腔与纯钛升液管构成的密闭空间真空达到6.6×10-3Pa时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至1.1×105。开始冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金原料，TiAl合金原料熔化后过热度保持在300℃，保持5min。
四、以400mm/s的速率升高冷坩埚，至纯钛升液管浸入TiAl合金液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，TiAl合金熔液进入熔模刚玉陶瓷型壳，保压15min，至铸件成型。
五、关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至TiAl合金熔液与纯钛升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待熔模刚玉陶瓷型壳温度降至100℃开启吸铸型壳，取出铸件。制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
实施例3：
一、纯钛升液管连通上炉腔和下炉腔，纯钛升液管上端连接上炉腔内的熔模石墨型壳，纯钛升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方。将ZTC4合金原料放入冷坩埚内。
二、在350℃预热熔模石墨型壳，在600℃预热纯钛升液管，并将ZTC4合金原料预热至800℃。关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空。
三、当由上炉腔、下炉腔与纯钛升液管构成的密闭空间真空达到1×10-2Pa时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至8×104Pa。开始冷坩埚悬浮熔炼ZTC4合金原料，ZTC4合金原料熔化后过热度保持在400℃，保持10min。
四、以100mm/s的速率升高冷坩埚，至纯钛升液管浸入ZTC4合金液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，ZTC4合金熔液进入熔模石墨型壳，保压30min，至铸件成型。
五、关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至ZTC4合金熔液与纯钛升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待熔模石墨型壳温度降至400℃开启吸铸型壳，取出铸件。制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
实施例4：
一、陶瓷升液管连通上炉腔和下炉腔，陶瓷升液管上端连接上炉腔内的熔模刚玉陶瓷型壳，陶瓷升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方。将ZTA7合金原料放入冷坩埚内。
二、在300℃预热熔模刚玉陶瓷型壳，在550℃预热陶瓷升液管，并将ZTA7合金原料预热至700℃。关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空。
三、当由上炉腔、下炉腔与陶瓷升液管构成的密闭空间真空达到6.6×10-1Pa时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至5×104Pa。开始冷坩埚悬浮熔炼ZTA7合金原料，ZTA7合金原料熔化后过热度保持在300℃，保持5min。
四、以400mm/s的速率升高冷坩埚，至陶瓷升液管浸入ZTA7合金液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，ZTA7合金熔液进入熔模刚玉陶瓷型壳，保压20min，至铸件成型。
五、关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至ZTA7合金熔液与陶瓷升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待熔模刚玉陶瓷型壳温度降至300℃开启吸铸型壳，取出铸件。制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
实施例5：
一、陶瓷升液管连通上炉腔和下炉腔，陶瓷升液管上端连接上炉腔内的熔模刚玉陶瓷型壳，陶瓷升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方。将ZTA15合金原料放入冷坩埚内。
二、在400℃预热熔模刚玉陶瓷型壳，在600℃预热陶瓷升液管，并将ZTA15合金原料预热至600℃。关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空。
三、当由上炉腔、下炉腔与陶瓷升液管构成的密闭空间真空达到1×10-2时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至5×104。开始冷坩埚悬浮熔炼ZTA15合金原料，ZTA15合金原料熔化后过热度保持在300℃，立即开始进行第四步操作。
四、以600mm/s的速率升高冷坩埚，至陶瓷升液管浸入合金液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，ZTA15合金熔液进入熔模刚玉陶瓷型壳，保压20min，至铸件成型。
五、关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至ZTA15合金熔液与陶瓷升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待熔模刚玉陶瓷型壳温度降至400℃开启吸铸型壳，取出铸件。制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
实施例6：
一、纯钛升液管连通上炉腔和下炉腔，纯钛升液管上端连接上炉腔内的钢模铸型，纯钛升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方。将ZTB32合金原料放入冷坩埚内。
二、在400℃预热钢模铸型，在500℃预热纯钛升液管，并将ZTB32合金原料预热至600℃。关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空。
三、当由上炉腔、下炉腔与纯钛升液管构成的密闭空间真空达到1×10-2Pa时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至5×104Pa。开始冷坩埚悬浮熔炼ZTB32合金原料，ZTB32合金原料熔化后过热度保持在300℃，保持5min。
四、以600mm/s的速率升高冷坩埚，至纯钛升液管浸入ZTB32合金液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，ZTB32合金熔液进入钢模铸型，无需保压，至铸件成型。
五、关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至ZTB32合金熔液与纯钛升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待钢模铸型温度降至100℃开启吸铸型壳，取出铸件。制备的铸件充型能力好，无铸造缺陷，铸件质量高。
Claims (3)
1、一种钛及钛合金的铸造方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)将升液管连通上炉腔和下炉腔，升液管上端连接上炉腔内的吸铸型壳，升液管下端置于下炉腔内冷坩埚正上方；将纯钛或钛合金原料放入冷坩埚内；
(b)在200～1000℃预热吸铸型壳，在500～1000℃预热升液管，并将纯钛或钛合金原料预热至500～1000℃；
(c)关闭上炉腔真空阀，从下炉腔真空阀抽真空；当由上炉腔、下炉腔与升液管构成的密闭空间真空达到6.6×10-3～6.6×10-1Pa时关闭下炉腔真空阀，然后打开下炉腔的进气阀，向密闭空间充入氩气至5×104～1.1×105Pa；开始冷坩埚悬浮熔炼纯钛或钛合金原料，纯钛或钛合金原料熔化后过热度保持在100～400℃，保持0～10min；
(d)以100～600mm/s的速率升高冷坩埚，至升液管浸入合金液面时，从上炉腔真空阀快速抽真空，纯钛或钛合金熔液进入吸铸型壳，保压0～30min，至铸件成型；
(e)关闭上炉腔真空阀，降低冷坩埚至纯钛或钛合金熔液与升液管分离，倾转冷坩埚，倒余料，待吸铸型壳温度降至20～400℃开启吸铸型壳，取出铸件。
2、根据权利要求1的一种钛及钛合金的铸造方法，其特征在于：所述的步骤(a)采用熔模刚玉陶瓷型壳或熔模石墨型壳或钢模铸型作为吸铸型壳。
3、根据权利要求1的一种钛及钛合金的铸造方法，其特征在于：所述的步骤(a)采用纯钛升液管或陶瓷升液管作为升液管。
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