CN103386463B - 一种与ztc4eli铸造件配套使用的石墨型处理方法 - Google Patents

Abstract

一种与ZTC4ELI铸造件配套使用的石墨型处理方法，用人造石墨棒材或板材并通过机加工使其与ZTC4ELI铸造件外形相一致的空腔称之为石墨型，设定该石墨型已机加工至设计尺寸，将石墨型置于电阻炉内进行烘烤，烘烤温度在200～300℃且烘烤＞8小时，之后将石墨型置于真空加热炉内进行除气，当真空加热炉内的真空度≤30Pa时开始升温至950～1000℃并保温2～5小时，石墨型出炉后将其置于100～300℃烘箱内保温，浇注ZTC4ELI铸造件前利用红外线加热器对石墨型预热，预热温度在350～400℃并预热0.5～3小时，通过上述处理的石墨型对提高ZTC4ELI铸造件的各项性能均有帮助，效果非常明显。

Description

一种与ZTC4ELI铸造件配套使用的石墨型处理方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，尤其是一种与ZTC4ELI铸造件配套使用的石墨型处理方法。

背景技术

TC4ELI钛合金是21世纪初在TC4化学成分基础上改进的一种新品，该TC4ELI降低了N、H、O等杂质元素的含量，从而大幅提高了断裂韧性，是一种具有良好“强度-塑性-韧性”相匹配的新型α+β型钛合金，屈服强度等级为795MPa。

下表是根据GB/T3620-2007展示的TC4ELI化学成分。

1.TC4ELI只适用于制作简单结构的锻件、板材等产品，对于复杂构件必须用ZTC4ELI制作铸造件，但条件是ZTC4ELI必须符合TC4ELI的化学成分。

目前ZTC4ELI铸造件的生产工艺主要有机加工石墨型工艺和熔模精密铸造工艺，机加工石墨型工艺中铸造件的造型材料采用人造石墨，熔模精密铸造工艺中的造型材料主要为氧化物陶瓷如氧化锆、氧化钇等。由于人造石墨具有不受熔融钛液侵蚀、抗热冲击性能和高温稳定性好、抗变形能力强、成本低等特点被普遍应用于铸钛行业。

用人造石墨棒材或板材并通过机加工使其与对应ZTC4ELI铸造件外形相一致的空腔称之为石墨型，对石墨型进行处理后能提高ZTC4ELI铸造件的充型能力、减少冷隔、微裂纹等表面缺陷，还能降低ZTC4ELI铸造件中H、O等杂质元素的含量，因此石墨型的处理方法是否得当对ZTC4ELI铸造件就显得非常重要。

目前对石墨型处理工艺如下：

将石墨型机加工至设计尺寸→将石墨型装入真空炉开始抽真空→待炉内真空度≤30Pa时开始对真空炉实施升温至750～850℃并保温1～2小时→石墨型出炉后将其放置在100～300℃的烘箱内进行保温，浇注ZTC4ELI铸造件前再对石墨型升温备用。

采用上述石墨型处理工艺用来制备ZTC4ELI铸造件存在如下问题：

1.由于石墨型除气不充分，导致在浇注ZTC4ELI铸造件中的H、O等杂质元素含量经常超标，不符合TC4ELI的化学成分要求，铸造件合格率低。

2.由于H、O等杂质元素的超标现象导致ZTC4ELI铸造件的室温断裂韧性K_IC降低。

3.石墨型的导热系数高，激冷能力强，经常造成ZTC4ELI铸造件表面产生褶皱、冷隔、甚至浇不足等缺陷，造成表面质量低下，需进行铸件后处理如补焊、打磨及修整等，增加了额外工作量。

4.石墨型的除气不充分，导致ZTC4ELI铸造件内的气缩孔缺陷增多、质量下降。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种与ZTC4ELI铸造件配套使用的石墨型处理方法，该石墨型处理方法在真空除气前增加了石墨型烘烤工序，可以充分去除石墨型在机加工中存在的水分、油污和表面挥发物，彻底除去石墨型内被吸附的气体，降低石墨型中H、O等元素的含量，使铸造出的ZTC4ELI铸造件的化学成分符合GB/T3620-2007标准，提高了ZTC4ELI铸造件的断裂韧性，使ZTC4ELI铸造件的合格率得到大幅提高。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种与ZTC4ELI铸造件配套使用的石墨型处理方法，用人造石墨棒材或板材并通过机加工使其与ZTC4ELI铸造件外形相一致的空腔称之为石墨型，设定该石墨型已机加工至设计尺寸；石墨型处理方法涉及到电阻炉、真空加热炉、烘箱以及红外线加热器，石墨型处理方法的步骤为：电阻炉内石墨型烘烤→真空加热炉内除气升温→烘箱内保温→红外线加热器预热，其中烘箱内的保温温度为100～300℃，本发明的特征如下：

真空除气前将石墨型置于电阻炉内进行烘烤，烘烤的温度控制在200～300℃，烘烤的时间＞8小时，之后将烘烤后的石墨型置于真空加热炉内进行除气，当真空加热炉内的真空度≤30Pa时开始对其实施升温，升温的温度控制在950～1000℃并在此温度下保温2～5小时，石墨型出炉后将其置于100～300℃烘箱内进行保温，浇注ZTC4ELI铸造件前利用红外线加热器对石墨型预热，预热的温度控制在350～400℃，预热的时间控制在0.5～3小时。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、真空除气前对石墨型进行烘烤，可以充分去除石墨型在机加工过程中产生的水分、油污和表面挥发物，提高石墨型的真空脱气温度以及电阻炉内的真空度，彻底除去石墨型内被吸附的气体，降低H、O等元素的含量，使ZTC4ELI铸造件的的化学成分符合GB/T3620-2007标准。

2、通过本发明的石墨型处理方法，能显著提高ZTC4ELI铸造件的室温断裂韧性K_IC。

3、烘箱内保温可以有效防止石墨型的二次吸气，减少ZTC4ELI铸造件内部的气缩孔缺陷。

4、红外线加热器的预热可以减少石墨型产生激冷现象，提高ZTC4ELI铸造件的合金流动性，降低ZTC4ELI铸造件的表面冷隔、皱褶以及浇不足等铸造缺陷，尤其能解决薄壁复杂结构ZTC4ELI铸造件的成型问题。

5、在其它条件相同的情况下，本发明可以降低薄壁ZTC4ELI铸造件内的气缩孔缺陷。

具体实施方式

本发明是一种与ZTC4ELI铸造件配套使用的石墨型处理方法，该石墨型处理方法在真空除气前增加了石墨型烘烤工序，使ZTC4ELI铸造件的化学成分符合GB/T3620-2007标准，提高了ZTC4ELI铸造件的断裂韧性，使ZTC4ELI铸造件的合格率得到大幅提高。

用人造石墨棒材或板材并通过机加工使其与ZTC4ELI铸造件外形相一致的空腔称之为石墨型，怎样机加工石墨型不是本发明所要讨论的问题，本发明只讨论石墨型的处理方法，通过石墨型处理方法可以提高ZTC4ELI铸造件的产品质量，本发明的前提条件是：设定该石墨型已机加工至ZTC4ELI铸造件的设计尺寸。

石墨型处理方法涉及到电阻炉、真空加热炉、烘箱以及红外线加热器，石墨型处理方法的步骤为：电阻炉内石墨型烘烤→真空加热炉内除气升温→烘箱内保温→红外线加热器预热，其中烘箱内的保温温度为100～300℃。

本发明的特征如下：

真空除气前将石墨型置于电阻炉内进行烘烤，烘烤的温度控制在200～300℃，烘烤的时间＞8小时，对石墨型进行烘烤，可以充分去除石墨型在机加工过程中产生的水分、油污和表面挥发物，提高石墨型的真空脱气温度以及电阻炉内的真空度，彻底除去石墨型内被吸附的气体，降低H、O等元素的含量，使ZTC4ELI铸造件的的化学成分符合GB/T3620-2007标准。

之后将烘烤后的石墨型置于真空加热炉内进行除气，当真空加热炉内的真空度≤30Pa时开始对其实施升温，升温的温度控制在950～1000℃并在此温度下保温2～5小时。

石墨型出炉后将其置于100～300℃烘箱内进行保温，烘箱内的保温可以有效防止石墨型的二次吸气，减少ZTC4ELI铸件内部的气缩孔缺陷。

浇注ZTC4ELI铸件前利用红外线加热器对石墨型预热，预热的温度控制在350～400℃，预热的时间控制在0.5～3小时，该预热时间建议根据石墨型的结构尺寸大小来确定，结构尺寸大预热时间取上限，结构尺寸小预热时间取下限。

红外线加热器的预热可以减少石墨型产生激冷现象，提高ZTC4ELI铸造件的合金流动性，降低ZTC4ELI铸造件的表面冷隔、皱褶以及浇不足等铸造缺陷，尤其能解决薄壁复杂结构ZTC4ELI铸造件的成型问题。

比如根据楔形辐筋刃边仅3mm圆角的相机镜座铸造件已制作出与其外形尺寸一致的石墨型，该相机镜座铸造件的规格为2000×1500×700mm，单件重量约500kg，通过本发明对该石墨型处理后用于浇注相机镜座铸造件，经对相机镜座铸造件进行相关检测，其参考参数对比如下：

化学成分

Al、V元素含量按GB/T3620-2007标准要求分别为5.5～6.5wt%、3.5～4.5wt%，实际检测为6.1wt%、4.2wt%，符合标准要求；

H、O元素含量按GB/T3620-2007标准要求分别为≤0.012wt%、≤0.13wt%，实际检测为0.008wt%、0.10wt%，符合标准要求。

力学性能

实际力学性能和GB6614-94《钛及钛合金铸件》ZTC4铸造钛合金对比如下：

屈服强度Rp0.2按GB6614-94标准要求不低于825MPa，实际检测为840～845MPa，符合标准要求；

抗拉强度Rm按GB6614-94标准要求不低于895MPa，实际检测为935～945MPa，符合标准要求；

延伸率A%按GB6614-94标准要求不小于6%，实际检测为10～11%，符合标准要求；

硬度值HB按GB6614-94标准要求不大于365，实际检测为325～330，符合标准要求。

室温断裂韧性K_IC

上述相机镜座铸造件的室温断裂韧性K_IC实测值为比原工艺提高了46.9%。

表面质量和内部质量

表面质量：原工艺产生的表面冷隔、皱褶以及浇不足等铸造缺陷折合后共有75个/m²,并且比较严重，上述相机镜座铸造件共有13个/m²。

内部质量：原工艺产生的内部缩孔共有312个/m²，上述相机镜座铸造件共有203个/m²。

上述对比充分展示了在本发明石墨型的协助下使相机镜座铸造件的各项性能均有不同程度的提高，说明本发明的石墨型处理方法是可行的，也是行之有效的，对ZTC4ELI铸造件的质量提高具有重大意义。

Claims (1)

1.一种与ZTC4ELI铸造件配套使用的石墨型处理方法，用人造石墨棒材或板材并通过机加工使其与ZTC4ELI铸造件外形相一致的空腔称之为石墨型，设定该石墨型已机加工至设计尺寸；石墨型处理方法涉及到电阻炉、真空加热炉、烘箱以及红外线加热器，石墨型处理方法的步骤为：电阻炉内石墨型烘烤→真空加热炉内除气升温→烘箱内保温→红外线加热器预热，其中烘箱内的保温温度为100～300℃，其特征如是：

真空除气前将石墨型置于电阻炉内进行烘烤，烘烤的温度控制在200～300℃，烘烤的时间＞8小时，之后将烘烤后的石墨型置于真空加热炉内进行除气，当真空加热炉内的真空度≤30Pa时开始对其实施升温，升温的温度控制在950～1000℃并在此温度下保温2～5小时，石墨型出炉后将其置于100～300℃烘箱内进行保温，浇注ZTC4ELI铸造件前利用红外线加热器对石墨型预热，预热的温度控制在350～400℃，预热的时间控制在0.5～3小时。