CN103823036A - 一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法 - Google Patents

一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法 Download PDF

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吴丽娟
柴丽华
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Abstract

一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，属于TiAl合金性能技术领域。步骤如下：截取8×8网格蜡网，蜡网尺寸为22.8mm×22.8mm×0.8mm，两网格间隙宽度为0.8mm，共计64个网格，144条边。蜡网两相邻外边缘粘结直径2mm的蜡线条，相邻两蜡线条的交叉点与直径为5mm、长10mm的主浇道蜡线条相连；采用包埋料对组合好的蜡型进行包埋，制备型壳；将待测的40gTiAl合金钮扣锭在重力浇注铸钛机上进行浇注；将型壳敲碎并清理铸件，统计铸件充填边数并计算充填率。整个过程工艺简单、成本低、效率高，可准确的测定不同成分TiAl合金的充填性能。

Description

一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法
技术领域
本发明涉及一种测定合金充填性能的方法，尤其涉及一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，属于TiAl合金性能技术领域。
背景技术
TiAl基合金具有低密度，高比强度和比弹性模量，良好的抗氧化和蠕变性能以及优异的抗疲劳性能等优点，有望用于喷气发动机的叶片和涡轮等航空航天、汽车工业的耐高温部件以及超高速飞行器的翼、壳体等，被认为是最有应用潜力的新一代轻质耐高温结构材料。尤其是高铌TiAl合金，由于高温下强度高、抗氧化性能好，使用温度可提高到850℃以上，已经成为新型超强金属间化合物的重要发展方向之一。
然而由于TiAl基合金熔体本身粘度大、流动性差，且在高温条件下容易和其他物质发生化学反应，导致TiAl基合金熔体的铸造性能较差，从而在实际工业生产中成品率低、成本较高，难以实现规模化应用。
铸造性能是获得优质铸件的重要保证，并直接影响到合金的应用范围。充填性能即合金液充填铸型的能力，是合金最重要的铸造性能之一。在其他工艺条件相同情况下，合金的充填性能越好，越有利于获得没有气孔与夹杂，且形状完整、轮廓清晰的合金铸件。目前，关于测定TiAl合金充填性能的方法尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法。该方法工艺简单、成本低廉，能准确的测定不同成分TiAl合金的充填性能。因而有利于改善并优化TiAl合金的综合性能。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
截取8×8网格蜡网，蜡网尺寸长宽厚为22.8mm×22.8mm×0.8mm，两网格间隙宽度为0.8mm，共计64个网格，144条边；蜡网两相邻外边缘粘结直径2mm的蜡线条，相邻两蜡线条的交叉点与直径为5mm、长10mm的主浇道蜡线条相连；采用包埋料对上述组合好的蜡型进行包埋，制备型壳；将待测的40g TiAl合金钮扣锭在重力浇注铸钛机上进行浇注，浇注后将型壳敲碎并清理铸件，统计铸件充填边数并计算充填率。
所述的包埋料采用粉末状氧化锆系铸钛包埋料，选用常规的牙科氧化锆系铸钛包埋料均可，其主要成分为氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化镁(MgO)。
采用上述粉末状氧化锆系铸钛包埋料制备型壳工艺包括下述步骤：
（1）、将水与粉末状氧化锆系铸钛包埋料按照水粉质量比0.19～0.21：1的比例混合；
（2）、手工搅拌15s，然后真空机械搅拌在一直抽真空下搅拌90s，再手工搅拌10～15s后，立即包埋蜡型结构；
（3）、固化后脱模，在空气中放置2小时后焙烧。
采用上述氧化锆系铸钛包埋料型壳的制备工艺方法，所述的型壳焙烧工艺如下：型壳进炉后，升温至200℃时保温30分钟；继续升温至400℃时保温30分钟；再继续升温至950℃时保温60分钟，然后关炉降至常温（200℃以下）后取出。
所述的重力浇注铸钛机浇注工艺参数为熔炼电流500A，熔炼时间45s，型壳预热温度200℃。
所述的充填率计算公式为：
其中每一条充型完整的边计为1，不完整的边根据其充填长度占整条边长度的比例取数值，充填的总边数为完整和不完整对应的数值总和，其中蜡线条也在计算范围之内。
本发明中网状式样蜡型容易制作，可根据尺寸标准统一化，包埋料型壳制备快速省时，计数方法简单可观。整个过程工艺简单、成本低、效率高，可准确的测定不同成分TiAl合金的充填性能，为优化TiAl合金的铸造性能并在铸造成型时获得优质完整铸件提供有益参考。
附图说明
图1为实施例中的8×8网格蜡网粘结蜡线条组合成蜡型后的几何尺寸图；
图2为实施例中的浇注后Ti-46Al-8Nb合金铸件的充填效果图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，单本发明并不限于以下实施例。
本实施方式中，利用这种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，对比研究了B、Y、Mn和Er这四种微合金元素对Ti-46Al-8Nb合金充填性能的影响。
基础合金为Ti-46Al-8Nb(at%)，采用真空电弧熔炼炉制备名义成分为Ti-46Al-8Nb-x的40g钮扣锭，x为B、Y、Mn和Er这四种微合金化元素，各微合金化元素添加量见表1。钮扣锭的熔炼过程中，首先熔炼两个相同成分的20g钮扣锭，再将其熔合到一起制备出该成分的40g钮扣锭，以保证合金成分的均匀性。
表1合金试样化学成分(at%)
制作氧化锆系铸钛包埋料型壳9个。其具体制作过程如下：截取8×8网格蜡网，蜡网尺寸为22.8mm×22.8mm×0.8mm，两网格间隙宽度为0.8mm，共计64个网格，144条边。蜡网两相邻外边缘粘结直径2mm的蜡线条，相邻两蜡线条的交叉点与直径为5mm、长10mm的主浇道蜡线条相连。采用主要成分为氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化镁(MgO)的粉末状氧化锆系铸钛包埋料，对组合好的蜡型进行包埋，包埋过程为：将水与包埋料按照水粉比0.19～0.21：1的比例混合；手工搅拌15s，然后真空机械搅拌90s，再手工搅拌10～15s后，立即包埋；固化后脱模，在空气中放置2小时后可脱蜡焙烧。焙烧工艺如下：型壳进炉后，升温至200℃时保温30分钟；继续升温至400℃时保温30分钟；再继续升温至950℃时保温60分钟，然后关炉降至常温（200℃以下）后取出。
将脱蜡焙烧后的型壳放入重力浇注口腔铸钛机中，准备浇注。浇注工艺参数为熔炼电流500A，熔炼时间45s，型壳预热温度200℃。浇注完毕后，待铸钛机冷却至室温，将型壳取出并小心敲碎，清理出铸件，其实际情况转换为线条图可见图2。
统计各成分合金的充填边数并计算充填率，结果见表2。其中每一条充型完整的边计为1，不完整的边根据其充填长度占整条边长度的比例取值，如为0.75、0.5和0.25。由于某些成分TiAl合金的充填性能较差，存在与蜡线条相粘结的蜡网两边缘都不能充填完整的情况，故将与蜡线条相粘结的蜡网两边缘充填边数也算作计数范围内。将计算得到的总边数除以整个网格的边数144，再乘以100%，即可得到成分合金的充填率。计算公式为：
Figure BDA0000469632510000041
表2充填结果统计
Figure BDA0000469632510000042
Figure BDA0000469632510000051
由上表可知：
添加微量元素B、Y、Mn、Er均会对Ti-46Al-8Nb(at%)合金熔体充填性能产生一定程度的改善作用。
0.5Y、1Mn和0.2Y的添加可显著地改善Ti-46Al-8Nb(at%)合金的充填性能。
0.1Er、0.5B和1B的添加对该合金充填性能的改善作用并不明显。
以上实施例选取了本发明的部分案例。
本发明实施例均准确、可靠地测定了不同成分TiAl合金的充填性能，为优化设计TiAl合金成分提供了有益参考。

Claims (6)

1.一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：截取8×8网格蜡网，蜡网尺寸长宽厚为22.8mm×22.8mm×0.8mm，两网格间隙宽度为0.8mm，共计64个网格，144条边；蜡网两相邻外边缘粘结直径2mm的蜡线条，相邻两蜡线条的交叉点与直径为5mm、长10mm的主浇道蜡线条相连；采用包埋料对上述组合好的蜡型进行包埋，制备型壳；将待测的40g TiAl合金钮扣锭在重力浇注铸钛机上进行浇注，浇注后将型壳敲碎并清理铸件，统计铸件充填边数并计算充填率。
2.按照权利要求1的一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，其特征在于，包埋料采用粉末状氧化锆系铸钛包埋料，其主要成分为氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化镁(MgO)。
3.按照权利要求1的一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，其特征在于，用氧化锆系铸钛包埋料制备型壳的方法，制备工艺包括下述步骤：
（1）、将水与粉末状氧化锆系铸钛包埋料按照水粉质量比0.19～0.21：1的比例混合；
（2）、手工搅拌15s，然后真空机械搅拌在一直抽真空下搅拌90s，再手工搅拌10～15s后，立即包埋蜡型结构；
（3）、固化后脱模，在空气中放置2小时后焙烧。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，型壳制备中焙烧工艺如下：型壳进炉后，升温至200℃时保温30分钟；继续升温至400℃时保温30分钟；再继续升温至950℃时保温60分钟，然后关炉降至常温后取出。
5.一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，其特征在于，在铸钛机上进行浇注时，工艺参数为熔炼电流500A，熔炼时间45s，型壳预热温度200℃。
6.一种用氧化锆系铸钛包埋料测定TiAl合金充填性能的方法，其特征在于，计算充填率时，充填率计算公式为：
Figure FDA0000469632500000021
填完整的边计为1，不完整的边根据其充填长度占整条边长度的比例取值，充填的总边数为完整和不完整对应的数值总和，蜡线条相粘结的蜡网两边缘充填边数也算作计数范围内。
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