專利名稱：一種輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車工業(yè)中所使用的排氣門，特別提供了一種輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法。
背景技術(shù)：
目前汽車工業(yè)中所使用的排氣門其結(jié)構(gòu)材料為鋼，其主要缺點(diǎn)是閥體重，使用溫度為650℃以下。鈦鋁基合金由于其誘人的性能優(yōu)勢，其應(yīng)用范圍逐漸向民用領(lǐng)域中擴(kuò)展。鈦合金的熔煉往往采用感應(yīng)熔煉的方法，但是存在高熔點(diǎn)元素均勻性較差的問題。人們曾經(jīng)利用粉末冶金的方法來制備排氣門底座，但是成本較高且工藝復(fù)雜。采用金屬型離心鑄造的方法可以較大程度降低排氣門的生產(chǎn)成本，但是到目前為止尚沒有見到相關(guān)的報道。
發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法，用該方法可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門，并且制備成本較低。
本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法，其特征在于采用二次熔煉技術(shù)，即自耗電弧爐中進(jìn)行一次熔煉，在感應(yīng)熔煉爐中坩堝中進(jìn)行二次熔煉，并離心鑄造成型，澆鑄工藝為澆鑄功率280±10kW，鑄型采用材料主要為模具鋼的鑲塊式結(jié)構(gòu)的金屬型，入口長度為80～150mm，鑄型預(yù)熱溫度為500～800℃，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300～500r/min。
本發(fā)明輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法中，第二次熔煉的具體工藝可以為首先對鑄錠進(jìn)行低功率熱烘，然后將熔化功率提高至250±10kW進(jìn)行8±1min的保溫直至母料溫度均勻，進(jìn)一步提高熔煉功率至320±10kW并保溫4±1min，爐料完全融化后降低功率至澆鑄功率。
本發(fā)明輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法中，第一次熔煉所采用的原材料為海綿鈦、高純鋁屑、鉻粉和鋁鈮中間合金。
本發(fā)明綜合考慮了澆鑄功率、鑄型結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)以及澆鑄工藝參數(shù)對鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量的影響，通過工藝參數(shù)優(yōu)化，使鑄件在獲得較好表面質(zhì)量的同時，其內(nèi)部的微觀縮松沿鑄件中心軸線分布，提高了熱等靜壓后的鑄件成品率。通過澆鑄工藝參數(shù)優(yōu)化，在進(jìn)行熱等靜壓之后，全部鑄件均未發(fā)生彎曲現(xiàn)象。按照標(biāo)準(zhǔn)工序?qū)ε艢忾T胚件進(jìn)行熱等靜壓、機(jī)械加工、表面處理后得到成品。
總之，采用本發(fā)明方法澆鑄所得排氣門具有較好的表面質(zhì)量，微觀縮松沿鑄件中心線分布，12組用于熱等靜壓的胚件均未發(fā)生彎曲變形。經(jīng)熱等靜壓處理之后的排氣門顯微組織結(jié)構(gòu)為雙態(tài)組織，具有較好的成分均勻性，特別是高熔點(diǎn)合金元素鉻和鈮都實(shí)現(xiàn)了均勻分布。室溫抗拉強(qiáng)度約為580MPa，延伸率為2％左右；高溫(815℃)抗拉強(qiáng)度約為470MPa，延伸率為10％左右，滿足排氣門工作環(huán)境的要求。使用該排氣門可實(shí)現(xiàn)閥體減重50％左右，工作溫度由原來的600℃提高到850℃左右。
具體實(shí)施例方式按照合金理論成分進(jìn)行配料后(所采用的原材料為海綿鈦、高純鋁屑、鉻粉和鋁鈮中間合金，中間合金的采用更有利于高熔點(diǎn)合金元素鈮的熔化)，將散料在液壓機(jī)上壓制成為柱狀棒材，將兩組棒材焊接在一起在自耗電弧爐中進(jìn)行一次熔煉，熔煉成柱狀鑄錠。在感應(yīng)熔煉爐中坩堝中進(jìn)行二次熔煉，首先對鑄錠進(jìn)行低功率熱烘，然后將熔化功率提高至250kW進(jìn)行8min的保溫直至母料溫度均勻，進(jìn)一步提高熔煉功率至320kW并保溫4min，爐料完全融化后降低功率至280kW澆鑄，采用二次熔煉工藝，所生產(chǎn)鑄件具有較好的成分均勻性。
鑄型采用結(jié)構(gòu)材料主要為模具鋼的金屬型，采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，其入口段長度為80～150mm。鑄裂預(yù)熱溫度為500～800℃，采用的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300～500r/min。
實(shí)施例1轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300r/min，入口長度為100mm，鑄型預(yù)熱溫度為500℃；熔煉功率提高到250kW時直接進(jìn)行澆鑄，鑄件冒口內(nèi)存在未熔化的金屬鉻和鈮；熔煉功率為320kW進(jìn)行澆鑄，鑄件表面流痕遍布，甚至出現(xiàn)毛刺；將熔化功率提高至250kW進(jìn)行保溫直至母料溫度均勻，進(jìn)一步提高熔煉功率至320kW，爐料完全融化后降低功率至280kW澆鑄，未出現(xiàn)未熔物，鑄件表面質(zhì)量優(yōu)良，鉻和鈮分布均勻。
實(shí)施例2轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300r/min，鑄型預(yù)熱溫度為500℃，采用二次熔煉工藝入口段長度為40mm時，鑄件經(jīng)熱等靜壓處理后發(fā)生嚴(yán)重彎曲；入口段長度為70mm時，鑄件經(jīng)熱等靜壓處理后略為發(fā)生彎曲；入口段長度為100mm時，鑄件經(jīng)熱等靜壓處理后未發(fā)生彎曲；實(shí)施例3轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300r/min，采用二次熔煉工藝不對鑄型進(jìn)行預(yù)熱時，鑄件內(nèi)部出現(xiàn)明顯縮孔；鑄型預(yù)熱溫度為300℃時，鑄件內(nèi)部質(zhì)量略有改善；鑄型預(yù)熱溫度為500℃時，鑄件內(nèi)部質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高；實(shí)施例4
入口長度為100mm，鑄型預(yù)熱溫度為500℃，采用二次熔煉工藝在靜態(tài)條件下進(jìn)行澆鑄，鑄件內(nèi)部出現(xiàn)明顯的縮松缺陷；轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為150r/min時，鑄件內(nèi)部的縮松缺陷得到改善；轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300r/min時，鑄件內(nèi)部質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法，其特征在于采用二次熔煉技術(shù)，即自耗電弧爐中進(jìn)行一次熔煉，在感應(yīng)熔煉爐中坩堝中進(jìn)行二次熔煉，并離心鑄造成型，澆鑄工藝為澆鑄功率280±10kW，鑄型采用材料主要為模具鋼的鑲塊式結(jié)構(gòu)的金屬型，入口長度為80～150mm，鑄型預(yù)熱溫度為500～800℃，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300～500r/min。
2.按照權(quán)利要求1所述輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法，其特征在于所述二次熔煉的具體工藝為首先對鑄錠進(jìn)行低功率熱烘，然后將熔化功率提高至250±10kW進(jìn)行8±1min的保溫直至母料溫度均勻，進(jìn)一步提高熔煉功率至320±10kW并保溫4±1min，爐料完全融化后降低功率至澆鑄功率。
3.按照權(quán)利要求1所述輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法，其特征在于所述一次熔煉所采用的原材料為海綿鈦、高純鋁屑、鉻粉和鋁鈮中間合金。
全文摘要
一種輕質(zhì)耐高溫鈦鋁基合金排氣門的制備方法，其特征在于采用二次熔煉技術(shù)，即自耗電弧爐中進(jìn)行一次熔煉，在感應(yīng)熔煉爐中坩堝中進(jìn)行二次熔煉，并離心鑄造成型，澆鑄工藝為澆鑄功率280±10kW，鑄型采用材料主要為模具鋼的鑲塊式結(jié)構(gòu)的金屬型，入口長度為80～150mm，鑄型預(yù)熱溫度為500～800℃，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速為300～500r/min。采用本發(fā)明方法澆鑄所得排氣門具有較好的表面質(zhì)量，微觀縮松沿鑄件中心線分布，用于熱等靜壓的胚件均未發(fā)生彎曲變形。經(jīng)熱等靜壓處理之后的排氣門顯微組織結(jié)構(gòu)為雙態(tài)組織，具有較好的成分均勻性，特別是高熔點(diǎn)合金元素鉻和鈮都實(shí)現(xiàn)了均勻分布。室溫抗拉強(qiáng)度約為580MPa，延伸率為2％左右；高溫(815℃)抗拉強(qiáng)度約為470MPa，延伸率為10％左右，滿足排氣門工作環(huán)境的要求。使用該排氣門可實(shí)現(xiàn)閥體減重50％左右，工作溫度由原來的600℃提高到850℃左右。
文檔編號B22D13/00GK1490100SQ0213320
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者盛文斌, 楊銳, 劉羽寅, 徐東生, 李 東 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所