2008中国铸造活动周论文集 钛合金精密铸造技术及其应用发展 南海，谢成木，赵嘉琪 (中国航空工业第一集团公司北京材料研究院) 摘要：本文主要介绍了机加工石墨型、金属型、熔模氧化物陶瓷型等几种主要的钛合金精密铸造技术， 分析了它们各自特点，介绍了钛合金精密铸造技术在航空航天船舶等行业中的应用状况，提出了钛合 金精密铸造技术未来的可能发展方向。 1 前言 钛合金是20世纪50年代发展起来的一种重要的金属，因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高和 生物相容性好等特点而被广泛用于航空、航天、化工、医学等领域。世界上许多国家都认识到钛合金材 料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。钛合金铸件已经在如下领域得到应用：1)在 航空工业上主要用于发动机机匣、各种安装座、机体机翼接头、支架等构件；2)航天上主要用于发动机 壳体、安装座、导弹壳体和尾翼以及卫星相机壳体等；3)在化工和船舶上主要用于泵、阀门、管道、螺旋 桨等；4)医用方面主要用于关节、口腔修复体等人体的植入物；5)体育方面主要用于高尔夫球头、网球 拍、自行车架等；6)在汽车方面正在研制用于刹车盘、阀门等。 表1 钛合金与几种金属的比强度 由于钛合金自身材料价格高于钢铁、铝合金等金属，采用锻造、机加工等固态成型技术制造复杂 钛合金构件难度大，加工量大，材料利用率低，成本高，而采用精密铸造技术可以制造结构复杂、薄壁 构件，实现多个构件整体成型，可以实现近净成型，加工量少，材料利用率高，成本低，因此钛合金精密 铸造成型技术成为了现在和未来各行业实现装备轻量化、低成本、低能耗、短周期等目标而首选的先 进制造技术，也是一个国家装备行业是否实力强，是否技术先进的标志。 2 钛合金精密铸造技术 由于钛合金在液态下化学反应性非常强，极易与大多数耐火材料发生化学反应。因此其铸造技术 的主要特点就是铸型材料及其制备工艺与其他合金如：铸钢铸铁、铝合金、高温合金等相比存在较大 差别，要求更高。目前发展较成熟的，已经得到深入应用的钛合金精密铸造技术。根据钛合金铸造过程 中所使用的铸型制造工艺不同，可以分为机加工石墨型钛合金精密铸造技术、金属型钛合金精密铸造 技术、熔模氧化物陶瓷型钛合金精密铸造技术等。 2．I 金属型钛合金精密铸造技术 钛合金铸造使用的金属型通常是用灰铸铁、铸钢等金属制造的，直接根据铸件结构，利用机加工 技术加工而成的。金属型铸造的关键在于铸型的设计，它直接关系到铸件的质量和尺寸精度、铸型的 ·———700·—一 钛台盘精密铸造技术及其应用发展 寿命、恃型的加工和制造成本。设计时应考虑如下几点：①尽可能采用底注方式；@采用开放式的浇注 系统；③尽量采用离心浇注。 为了降低金属型的造价和提高金属型的使用寿命，可以把金属型与机加工石墨型结合使用。凡不 好起模和易损坏的型腔部分可采用石墨活块．所有的浇注系统都可采用机加工石墨型。 金属型铸型尺寸精度高，铸型可以多次重复使用，铸型寿命长．适合于单件生产或小批量生产．主 要用于最小壁厚3mm左右，结构相对简单的中小型铸件；铸造工艺简单，铸件尺寸精确，生产某些小 型铸件时，成本低、效率高。缺点是蒋件表面有时会出现冷膈、流痕等缺陷。在金属型中铸出的铸件表 05一O 面沾污层小．通常在0 1mⅢ左右。铸件的晶粒较细，力学性能较高且分散性小。应用范围小。 图1是金属垂钛合金精密铸造技术主要组成框图。 图1金属型钍台金精密铸造技术主要组成框图 田2钍台垒铸造用金属锥型 22 机加工石墨型蚀台金精密铸造技术 钛合金精密铸造机加工石墨型。采用高纯度(c)99O％)完全石墨化的人造石墨，直接根据铸件结 构，通过机加工制造成铸型。石墨型铸造的关键在于锌型的设计，它直接关系到铸件的质量和尺寸精 度、铸型的寿命、帱型的加工和制造成本。 由于石墨型强度高，激玲作用太，钛合金凝固过程中退让性差，铸件表面常易产生微裂纹，因此有 ——701—— 2∞8中国铸造活动周论文羹 内腔的铸件，要合理设计型芯，改善退让性。由于石墨具有很强的吸气能力，石墨型浇注前的焙烧除气 工艺对铸件中的气体缺陷影响很大，为了获得质量好的铸件，石墨型在浇注前需要经真空高温焙烧除 气。石墨型的浇注应根据铸件的形状、尺寸、壁厚、重量以及质量要求进行选择：凡形状筒单、壁厚大和 重量大、质量要求一般的铸件，可采用重力浇注，而形状比较复杂、壁厚小的、质量要求高的铸件应用 离心浇注。 石墨型铸型尺寸精度高，铸型可以重复使用．适合于单件生产或小批量生产，主要用于生产最小 壁厚3mm左右的大、中、小型铸件。铸出铸件的品粒度比在熔模型壳中铸出的铸件小．力学性能的分 10—0 散性也小些。铸件表面的Ⅱ层厚度通常在0 15ram范围内，铸件尺寸精度高。应用范围较广。 图3是机加工石墨型钛合金精密铸造拄木主要组成框图。 圈3帆加I石墨型铣合金精密铸造拉术主耍组成框图 _] ，● r，0L L—●L。!盏2f么 田4钍台金铸造用机加I石璺型 2 3 培模氧
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