CN116197361A - 钛铝合金复杂构件的成型方法 - Google Patents

钛铝合金复杂构件的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛铝合金复杂构件的成型方法，包括以下步骤：制作石墨型壳和石墨浇杯；在石墨型壳和石墨浇杯的内腔表面分别涂覆耐高温陶瓷涂层；将石墨型壳和石墨浇杯进行真空除气处理；将钛铝合金料放入石墨型壳上方的石墨浇杯中；将石墨型壳、石墨浇杯、石墨浇杯中的钛铝合金料整体放入真空感应熔炼炉内的坩埚中进行洗气处理；开启真空感应熔炼炉进行加热，在加热过程中伴随着钛铝合金料的浇注充型；将石墨型壳、石墨浇杯、石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体从真空感应熔炼炉内取出并进行退火处理；将钛铝合金复杂构件从石墨型壳内取出。本发明解决了钛铝合金熔点高、流动性差的技术壁垒，提高了钛铝合金液的过热度，缩短了浇注时间。

Description

钛铝合金复杂构件的成型方法
技术领域
本发明属于金属材料成型技术领域，具体涉及一种钛铝合金复杂构件的成型方法。
背景技术
TiAl金属间化合物合金长时使用温度为650-800℃，兼具镍基高温合金的高温性能优势和钛合金的轻质优点，是目前最具应用潜力的轻质高温结构材料之一。精密铸造成型技术可以实现复杂构件的一体化成型，减少连接，提高整体结构的刚度，满足复杂构件的整体化成型需求，因此发展TiAl合金及其精密铸造成型技术是满足高性能航空发动机燃烧室等复杂构件耐温、减重和整体化成型需求的重要技术途径。
铸造工艺是钛铝合金复杂构件成型较为常规的手段，目前主要的铸造工艺以近净成形工艺的熔模精密铸造技术为主，该技术也取得了最为世人所瞩目的成绩。然而，随着对航空航天铸件要求的不断提高，熔模精密铸造工艺的缺点也越来越凸显出来，最主要的缺点是由于钛铝合金的熔点高、流动性差，对于钛铝合金复杂构件而言，成型不稳定，尤其是薄壁件(例如叶片边缘等)，经常充型不完整。
申请公布号为CN102019401A的发明专利公开了一种小型钛合金或钛铝合金复杂铸件的铸造成形方法，该方法包括以下步骤：利用熔模铸造方法制备透气型壳；制备底漏式真空吸铸容器，容器由腔体和上盖组成，上盖开有浇口；将型壳用透气的充填物固定在容器中，盖好容器上盖，再将容器固定在熔炼炉的吸铸室内，使石墨吸口、容器上盖浇口和型壳的直浇道对准；将钛合金或钛铝合金原料放入真空电弧熔炼炉的熔炼坩埚内，将熔炼室抽真空，然后通电进行电弧熔炼得到纽扣锭；将纽扣锭翻转到真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚内重新熔炼；开启真空电弧熔炼炉的吸铸室真空系统，溶体在真空压力和自身重力的综合作用下，充满型腔，待型腔内的铸件冷却至室温后，将吸铸室释放真空，清理型壳，得到铸件。该技术方案的成形工艺非常复杂，需要先制备铸锭，再将铸锭熔炼为溶体，再将溶体填充型腔，工艺越复杂，成形越不稳定，充型越不完整。
申请公布号为CN109550898A的发明专利公开了一种钛铝合金熔模铸造方法，包括以下步骤：制备模壳；将模壳转移到熔炼浇注设备中，放置在中频感应加热线圈内；将模壳进行加热并保温；将TiAl合金采用感应加热和电弧自耗的方式融化为液体，注入到铜坩埚中；将铜坩埚中的TiAl合金液体降温，降温至预设温度以下后，随炉冷却预设时间；将模壳转移到熔炼浇注设备外，进行清理，取出铸件。该技术方案是较为传统的浇注方法，需要翻转铜坩埚将液体浇注到模壳中，由于钛铝合金的熔点高、流动性差，所以对于钛铝合金复杂构件的制备来说，成型不稳定，充型不完整。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种钛铝合金复杂构件的成型方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：根据需要浇注的钛铝合金复杂构件的结构设计石墨型壳和石墨浇杯；
步骤二：采用机械加工的方法制作石墨型壳和石墨浇杯；
步骤三：在石墨型壳和石墨浇杯的内腔表面分别涂覆耐高温陶瓷涂层；
步骤四：将石墨型壳和石墨浇杯进行真空除气处理；
步骤五：待真空除气处理完成后，根据设计图纸将石墨型壳和石墨浇杯进行组装和密封；
步骤六：将钛铝合金料放入石墨型壳上方的石墨浇杯中；
步骤七：将石墨型壳、石墨浇杯、石墨浇杯中的钛铝合金料整体放入真空感应熔炼炉内的坩埚中；
步骤八：对坩埚中的石墨型壳、石墨浇杯、石墨浇杯中的钛铝合金料整体进行洗气处理；
步骤九：待洗气处理完成后，开启真空感应熔炼炉进行加热，在加热过程中伴随着钛铝合金料的浇注充型；
步骤十：待浇注充型完成后，将石墨型壳、石墨浇杯、石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体从真空感应熔炼炉内取出，并将其整体放入退火炉内进行退火处理；
步骤十一：将钛铝合金复杂构件从石墨型壳内取出，清理石墨型壳和石墨浇杯。
优选的是，步骤三中，所述石墨型壳的内腔表面涂覆四层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇和/或氧化钙耐火材料；第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的厚度均为0.02-0.05mm，粘度均为17-65Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于250目；第三层耐高温陶瓷涂层和第四层耐高温陶瓷涂层的厚度均为0.06-0.12mm，粘度均为8-15Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于200目。更为优选的是，所述第一层耐高温陶瓷涂层和所述第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.05-0.08mm，所述第三层耐高温陶瓷涂层和所述第四层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.15-0.2mm。
在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述石墨浇杯的内腔表面涂覆两层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇和/或氧化钙耐火材料；第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.04-0.06mm，粘度为17-30Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于200目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.08-0.15mm，粘度为8-15Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于200目。更为优选的是，所述第一层耐高温陶瓷涂层和所述第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.15-0.2mm。
本发明经过大量试验证明，在石墨型壳和石墨浇杯的内腔表面分别涂覆氧化钇和/或氧化钙耐火材料，涂层的层数、每层涂层的厚度、涂层的粘度、陶瓷粉的粒度等各个参数协同作用，能够最大程度提高浇注过程中型壳的退让性和铸件的致密性，同时能够阻止石墨中的碳渗入到钛铝合金铸件中。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，所述石墨型壳和所述石墨浇杯的真空除气处理工艺为：加热温度950-1060℃，保温时间1-2h，真空度不高于0.02MPa，保温结束后随炉冷却。真空除气处理能够对石墨型壳和石墨浇杯内腔表面的涂层进行陶瓷化，从而进一步提高型壳的退让性和铸件的致密性。
在上述任一方案中优选的是，步骤六中，所述钛铝合金料为钛铝合金块、钛铝合金粉、钛铝合金棒中的一种或者几种。
在上述任一方案中优选的是，步骤七中，所述石墨型壳与所述坩埚之间使用耐高温陶瓷材料进行隔离，所述耐高温陶瓷材料的厚度为8-20mm。石墨型壳与坩埚之间所使用的隔离材料为氧化铝、氧化钇等耐高温陶瓷材料，该隔离材料相当于绝缘层，避免加热后石墨型壳与坩埚之间发生反应。
在上述任一方案中优选的是，步骤八中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨浇杯中的钛铝合金料整体的洗气处理工艺为：将真空感应熔炼炉抽真空，当真空度小于0.01Pa时，以0.5-0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气10-30s后，继续以0.5-0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气10-30s后，继续以0.5-0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气，即可完成三次洗气过程。
在上述任一方案中优选的是，步骤九中，所述钛铝合金料的浇注充型工艺为：以20-30℃/min的升温速率升温到1700-1800℃，当温度达到钛铝合金料的熔点时，钛铝合金料开始熔化并流入石墨型壳内进行浇注充型，待钛铝合金料全部熔化并全部流入石墨型壳后，保温4-10min，停止加热。
在上述任一方案中优选的是，步骤十中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体的退火处理工艺为：退火温度950-980℃，保温时间2-3h，随炉冷却。
在上述任一方案中优选的是，所述石墨型壳与所述石墨浇杯之间设置阻隔片，所述阻隔片为铌片，所述阻隔片的厚度为0.05-0.1mm。若采用本发明的技术方案浇注Ti2AlNb合金复杂构件，则需要在石墨型壳与石墨浇杯之间设置一个铌片，先在石墨浇杯中放入合金料，在低温下，合金料即便熔化也不会流入石墨型壳中，待温度继续升高，铌片熔化，合金料溶体流入石墨型壳中，从而减少合金料溶体与石墨型壳内腔表面陶瓷涂层的反应时间。
本发明中，所使用的真空感应熔炼炉、坩埚、退火炉、真空除气炉等设备均为常规设备，对具体型号不做特殊要求；所使用的石墨型壳可以直接从方形、柱形等石墨坯料中通过机加工的方式加工成构件的形状，石墨浇杯与石墨型壳的位置关系、连接关系等采用常规方式即可，不做特殊要求。
本发明的钛铝合金复杂构件的成型方法，解决了钛铝合金熔点高、流动性差的技术壁垒，提高了钛铝合金液的过热度，缩短了浇注时间，使钛铝合金液在液体状态下完成充型。本发明可应用于难熔、低流动性的钛铝合金复杂构件的成型，也可应用于其他难熔合金、流动性差的合金的成型，以及其他金属合金的常规成型。
本发明的钛铝合金复杂构件的成型方法，具有如下有益效果：
(1)在石墨型壳和石墨浇杯的内腔表面分别涂覆耐高温陶瓷涂层，能够提高浇注过程中型壳的退让性和铸件的致密性，同时能够阻止石墨中的碳渗入到钛铝合金铸件中。
(2)在石墨型壳与真空感应熔炼炉内的坩埚之间使用陶瓷材料进行隔离，避免加热后石墨型壳与坩埚发生反应。
(3)钛铝合金料可以是合金块、合金粉、合金棒等多种形状，可直接将多种形状的合金料放置于石墨型壳上方的的石墨浇杯中，加热后，钛铝合金液在重力作用下流入石墨型壳中。
(4)采用真空感应熔炼炉对石墨型壳、石墨浇杯和钛铝合金料整体进行快速加热，钛铝合金料快速熔化为钛铝合金液，在高温下钛铝合金液充满整个石墨型壳，从而实现钛铝合金复杂构件的成型，且成型效果良好，无盲区；对于碳含量要求不高的复杂构件，也可以应用工作温度在1800℃左右的真空热处理炉进行加热。
附图说明
图1为按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的一优选实施例的产品照片，即大型TiAl合金导叶内环复杂构件(Φ580×90mm)；
图2为按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的另一优选实施例的产品照片，即大型Ti2AlNb制导飞控舱壳体(Φ304×550mm)。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一：
本实施例适用于制备难熔、流动性差的钛铝合金复杂构件。按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的一优选实施例，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：根据需要浇注的钛铝合金复杂构件的结构设计石墨型壳和石墨浇杯；
步骤二：采用机械加工的方法制作石墨型壳和石墨浇杯；
步骤三：在石墨型壳和石墨浇杯的内腔表面分别涂覆耐高温陶瓷涂层；
步骤四：将石墨型壳和石墨浇杯进行真空除气处理；
步骤五：待真空除气处理完成后，根据设计图纸将石墨型壳和石墨浇杯进行组装和密封；
步骤六：将钛铝合金料放入石墨型壳上方的石墨浇杯中；
步骤七：将石墨型壳、石墨浇杯、石墨浇杯中的钛铝合金料整体放入真空感应熔炼炉内的坩埚中；
步骤八：对坩埚中的石墨型壳、石墨浇杯、石墨浇杯中的钛铝合金料整体进行洗气处理；
步骤九：待洗气处理完成后，开启真空感应熔炼炉进行加热，在加热过程中伴随着钛铝合金料的浇注充型；
步骤十：待浇注充型完成后，将石墨型壳、石墨浇杯、石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体从真空感应熔炼炉内取出，并将其整体放入退火炉内进行退火处理；
步骤十一：将钛铝合金复杂构件从石墨型壳内取出，清理石墨型壳和石墨浇杯。
步骤三中，所述石墨型壳的内腔表面涂覆四层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇耐火材料。第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.06mm，其中：第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.03mm，粘度为40Pa·s，陶瓷粉的粒度为250目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.03mm，粘度为40Pa·s，陶瓷粉的粒度为250目。第三层耐高温陶瓷涂层和第四层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.18mm，其中：第三层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.1mm，粘度为12Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目；第四层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.08mm，粘度为12Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目。
步骤三中，所述石墨浇杯的内腔表面涂覆两层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇耐火材料。第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.18mm，其中：第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.05mm，粘度为22Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.13mm，粘度为12Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目。
步骤四中，所述石墨型壳和所述石墨浇杯的真空除气处理工艺为：加热温度1000℃，保温时间1.5h，真空度0.02MPa，保温结束后随炉冷却。
步骤六中，所述钛铝合金料为钛铝合金块或者钛铝合金粉。
步骤七中，所述石墨型壳与所述坩埚之间使用耐高温陶瓷材料进行隔离，所述耐高温陶瓷材料的厚度为15mm。
步骤八中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨浇杯中的钛铝合金料整体的洗气处理工艺为：将真空感应熔炼炉抽真空，当真空度小于0.01Pa时，以0.6L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气20s后，继续以0.6L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气20s后，继续以0.6L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气，即可完成三次洗气过程。
步骤九中，所述钛铝合金料的浇注充型工艺为：以25℃/min的升温速率升温到1750℃，当温度达到钛铝合金料的熔点时，钛铝合金料开始熔化并流入石墨型壳内进行浇注充型，待钛铝合金料全部熔化并全部流入石墨型壳后，保温8min，停止加热。
步骤十中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体的退火处理工艺为：退火温度960℃，保温时间2.5h，随炉冷却。
本实施例中，所使用的真空感应熔炼炉、坩埚、退火炉、真空除气炉等设备均为常规设备，对具体型号不做特殊要求；所使用的石墨型壳可以直接从方形、柱形等石墨坯料中通过机加工的方式加工成构件的形状，石墨浇杯与石墨型壳的位置关系、连接关系等采用常规方式即可，不做特殊要求。
本实施例的钛铝合金复杂构件的成型方法，具有如下有益效果：(1)在石墨型壳和石墨浇杯的内腔表面分别涂覆耐高温陶瓷涂层，能够提高浇注过程中型壳的退让性和铸件的致密性，同时能够阻止石墨中的碳渗入到钛铝合金铸件中；(2)在石墨型壳与真空感应熔炼炉内的坩埚之间使用陶瓷材料进行隔离，避免加热后石墨型壳与坩埚发生反应；(3)钛铝合金料可以是合金块、合金粉等多种形状，可直接将多种形状的合金料放置于石墨型壳上方的的石墨浇杯中，加热后，钛铝合金液在重力作用下流入石墨型壳中；(4)采用真空感应熔炼炉对石墨型壳、石墨浇杯和钛铝合金料整体进行快速加热，钛铝合金料快速熔化为钛铝合金液，在高温下钛铝合金液充满整个石墨型壳，从而实现钛铝合金复杂构件的成型，且成型效果良好，无盲区。如图1所示，按照本实施例的方法制备的大型TiAl合金导叶内环复杂构件(Φ580×90mm)，可实现构件的完整成型，尺寸精确。
实施例二：
本实施例适用于制备难熔、流动性差的钛铝合金复杂构件。按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的另一优选实施例，具体工艺步骤、所使用的设备、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：
步骤三中，所述石墨型壳的内腔表面涂覆四层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇耐火材料。第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.05mm，其中：第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.02mm，粘度为17Pa·s，陶瓷粉的粒度为250目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.03mm，粘度为17Pa·s，陶瓷粉的粒度为250目。第三层耐高温陶瓷涂层和第四层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.15mm，其中：第三层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.06mm，粘度为8Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目；第四层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.09mm，粘度为8Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目。
步骤三中，所述石墨浇杯的内腔表面涂覆两层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇耐火材料。第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.15mm，其中：第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.04mm，粘度为17Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.11mm，粘度为8Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目。
步骤四中，所述石墨型壳和所述石墨浇杯的真空除气处理工艺为：加热温度950℃，保温时间2h，真空度0.02MPa，保温结束后随炉冷却。
步骤六中，所述钛铝合金料为钛铝合金块或者钛铝合金粉。
步骤七中，所述石墨型壳与所述坩埚之间使用耐高温陶瓷材料进行隔离，所述耐高温陶瓷材料的厚度为8mm。
步骤八中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨浇杯中的钛铝合金料整体的洗气处理工艺为：将真空感应熔炼炉抽真空，当真空度小于0.01Pa时，以0.5L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气30s后，继续以0.5L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气30s后，继续以0.5L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气，即可完成三次洗气过程。
步骤九中，所述钛铝合金料的浇注充型工艺为：以20℃/min的升温速率升温到1700℃，当温度达到钛铝合金料的熔点时，钛铝合金料开始熔化并流入石墨型壳内进行浇注充型，待钛铝合金料全部熔化并全部流入石墨型壳后，保温10min，停止加热。
步骤十中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体的退火处理工艺为：退火温度950℃，保温时间3h，随炉冷却。
实施例三：
本实施例适用于制备难熔、流动性差的钛铝合金复杂构件。按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的另一优选实施例，具体工艺步骤、所使用的设备、原理、有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：
步骤三中，所述石墨型壳的内腔表面涂覆四层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇耐火材料。第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.08mm，其中：第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.04mm，粘度为65Pa·s，陶瓷粉的粒度为250目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.04mm，粘度为65Pa·s，陶瓷粉的粒度为250目。第三层耐高温陶瓷涂层和第四层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.2mm，其中：第三层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.12mm，粘度为15Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目；第四层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.08mm，粘度为15Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目。
步骤三中，所述石墨浇杯的内腔表面涂覆两层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇耐火材料。第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的总厚度为0.2mm，其中：第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.06mm，粘度为30Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.14mm，粘度为15Pa·s，陶瓷粉的粒度为200目。
步骤四中，所述石墨型壳和所述石墨浇杯的真空除气处理工艺为：加热温度1060℃，保温时间1h，真空度0.02MPa，保温结束后随炉冷却。
步骤六中，所述钛铝合金料为钛铝合金块或者钛铝合金粉。
步骤七中，所述石墨型壳与所述坩埚之间使用耐高温陶瓷材料进行隔离，所述耐高温陶瓷材料的厚度为20mm。
步骤八中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨浇杯中的钛铝合金料整体的洗气处理工艺为：将真空感应熔炼炉抽真空，当真空度小于0.01Pa时，以0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气10s后，继续以0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气10s后，继续以0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气，即可完成三次洗气过程。
步骤九中，所述钛铝合金料的浇注充型工艺为：以30℃/min的升温速率升温到1800℃，当温度达到钛铝合金料的熔点时，钛铝合金料开始熔化并流入石墨型壳内进行浇注充型，待钛铝合金料全部熔化并全部流入石墨型壳后，保温4min，停止加热。
步骤十中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体的退火处理工艺为：退火温度980℃，保温时间2h，随炉冷却。
实施例四：
本实施例适用于制备难熔、流动性差的Ti2AlNb合金复杂构件。按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的另一优选实施例，具体工艺步骤、所使用的设备、原理、有益效果等与实施例一至实施例三基本相同，不同的是：
在石墨型壳与石墨浇杯之间设置阻隔片，该阻隔片为铌片，其厚度为0.05mm。先在石墨浇杯中放入合金料，在低温下，合金料即便熔化也不会流入石墨型壳中，待温度继续升高，铌片熔化，合金料溶体流入石墨型壳中，从而减少合金料溶体与石墨型壳内腔表面陶瓷涂层的反应时间。如图2所示，按照本实施例的方法制备的大型Ti2AlNb制导飞控舱壳体(Φ304×550mm)，可实现构件的完整成型，尺寸精确。
实施例五：
本实施例适用于制备难熔、流动性差的Ti2AlNb合金复杂构件。按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的另一优选实施例，具体工艺步骤、所使用的设备、原理、有益效果等与实施例一至实施例三基本相同，不同的是：
在石墨型壳与石墨浇杯之间设置阻隔片，该阻隔片为铌片，其厚度为0.5mm。先在石墨浇杯中放入合金料，在低温下，合金料即便熔化也不会流入石墨型壳中，待温度继续升高，铌片熔化，合金料溶体流入石墨型壳中，从而减少合金料溶体与石墨型壳内腔表面陶瓷涂层的反应时间。
实施例六：
本实施例适用于制备难熔、流动性差的Ti2AlNb合金复杂构件。按照本发明钛铝合金复杂构件的成型方法的另一优选实施例，具体工艺步骤、所使用的设备、原理、有益效果等与实施例一至实施例三基本相同，不同的是：
在石墨型壳与石墨浇杯之间设置阻隔片，该阻隔片为铌片，其厚度为1mm。先在石墨浇杯中放入合金料，在低温下，合金料即便熔化也不会流入石墨型壳中，待温度继续升高，铌片熔化，合金料溶体流入石墨型壳中，从而减少合金料溶体与石墨型壳内腔表面陶瓷涂层的反应时间。
特别说明：本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。
本领域技术人员不难理解，本发明的钛铝合金复杂构件的成型方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛铝合金复杂构件的成型方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：根据需要浇注的钛铝合金复杂构件的结构设计石墨型壳和石墨浇杯；
步骤二：采用机械加工的方法制作石墨型壳和石墨浇杯；
步骤三：在石墨型壳和石墨浇杯的内腔表面分别涂覆耐高温陶瓷涂层；
步骤四：将石墨型壳和石墨浇杯进行真空除气处理；
步骤五：待真空除气处理完成后，根据设计图纸将石墨型壳和石墨浇杯进行组装和密封；
步骤六：将钛铝合金料放入石墨型壳上方的石墨浇杯中；
步骤七：将石墨型壳、石墨浇杯、石墨浇杯中的钛铝合金料整体放入真空感应熔炼炉内的坩埚中；
步骤八：对坩埚中的石墨型壳、石墨浇杯、石墨浇杯中的钛铝合金料整体进行洗气处理；
步骤九：待洗气处理完成后，开启真空感应熔炼炉进行加热，在加热过程中伴随着钛铝合金料的浇注充型；
步骤十：待浇注充型完成后，将石墨型壳、石墨浇杯、石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体从真空感应熔炼炉内取出，并将其整体放入退火炉内进行退火处理；
步骤十一：将钛铝合金复杂构件从石墨型壳内取出，清理石墨型壳和石墨浇杯。
2.根据权利要求1所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤三中，所述石墨型壳的内腔表面涂覆四层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇和/或氧化钙耐火材料；第一层耐高温陶瓷涂层和第二层耐高温陶瓷涂层的厚度均为0.02-0.05mm，粘度均为17-65Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于250目；第三层耐高温陶瓷涂层和第四层耐高温陶瓷涂层的厚度均为0.06-0.12mm，粘度均为8-15Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于200目。
3.根据权利要求2所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤三中，所述石墨浇杯的内腔表面涂覆两层耐高温陶瓷涂层，所述耐高温陶瓷涂层为氧化钇和/或氧化钙耐火材料；第一层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.04-0.06mm，粘度为17-30Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于200目；第二层耐高温陶瓷涂层的厚度为0.08-0.15mm，粘度为8-15Pa·s，陶瓷粉的粒度不小于200目。
4.根据权利要求3所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤四中，所述石墨型壳和所述石墨浇杯的真空除气处理工艺为，加热温度950-1060℃，保温时间1-2h，真空度不高于0.02MPa，保温结束后随炉冷却。
5.根据权利要求4所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤六中，所述钛铝合金料为钛铝合金块、钛铝合金粉、钛铝合金棒中的一种或者几种。
6.根据权利要求5所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤七中，所述石墨型壳与所述坩埚之间使用耐高温陶瓷材料进行隔离，所述耐高温陶瓷材料的厚度为8-20mm。
7.根据权利要求6所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤八中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨浇杯中的钛铝合金料整体的洗气处理工艺为，将真空感应熔炼炉抽真空，当真空度小于0.01Pa时，以0.5-0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气10-30s后，继续以0.5-0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气；待停止充气10-30s后，继续以0.5-0.8L/min的流量充入氩气至900Pa后停止充气，即可完成三次洗气过程。
8.根据权利要求7所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤九中，所述钛铝合金料的浇注充型工艺为，以20-30℃/min的升温速率升温到1700-1800℃，当温度达到钛铝合金料的熔点时，钛铝合金料开始熔化并流入石墨型壳内进行浇注充型，待钛铝合金料全部熔化并全部流入石墨型壳后，保温4-10min，停止加热。
9.根据权利要求8所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：步骤十中，所述石墨型壳、石墨浇杯和石墨型壳中已浇注充型的复杂构件整体的退火处理工艺为，退火温度950-980℃，保温时间2-3h，随炉冷却。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的钛铝合金复杂构件的成型方法，其特征在于：所述石墨型壳与所述石墨浇杯之间设置阻隔片，所述阻隔片为铌片，所述阻隔片的厚度为0.05-0.1mm。
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