一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法
【專(zhuān)利摘要】一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法，它涉及一種鈦基復(fù)合材料的鑄造方法，以解決現(xiàn)有高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料重力鑄造充型困難、內(nèi)部質(zhì)量難以保證以及離心鑄造方法工藝復(fù)雜、材料利用率低的問(wèn)題，主要方法是：步驟一、制造吸鑄模具；步驟二、熔配高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠；步驟三、熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次；步驟四、鑄錠準(zhǔn)備再熔煉；步驟五、真空熔煉得到過(guò)熱熔體；步驟六、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室的真空系統(tǒng)，開(kāi)啟吸鑄按鈕，吸鑄充型并降溫，得到鑄件。本發(fā)明用于制備高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦基復(fù)合材料的鑄造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鈦基復(fù)合材料因其具有高比強(qiáng)度、高比模量和耐高溫性能，在航空、航天、汽車(chē)等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，從而引起人們廣泛關(guān)注。與纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料相比，顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料具有各向同性的性質(zhì)，增強(qiáng)相與基體結(jié)合牢固，制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，具有明顯的吸引力。粉末冶金、熔鑄、機(jī)械合金化、快速凝固等方法都已用于原位合成顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料，與其它工藝比較，熔鑄方法具有工藝簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)，有利于制備成本較低的復(fù)合材料。但含有高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，流動(dòng)性變得非常差，常規(guī)重力鑄造成型非常困難，在鑄件內(nèi)非常容易產(chǎn)生縮松、縮孔等缺陷；采用離心鑄造方法能夠成形，但工藝復(fù)雜、材料利用率很低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且該成型方法工作量大，對(duì)于設(shè)備和工裝的要求較高，成本高。因此，推廣鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用首先要解決的問(wèn)題就是開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)便易行的成型方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料重力鑄造充型困難、內(nèi)部質(zhì)量難以保證以及離心鑄造方法工藝復(fù)雜、材料利用率低的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法是按照以下步驟進(jìn)行:
[0005]步驟一、制造吸鑄模具，所述吸鑄模具為金屬模具，吸鑄模具的中部加工有型腔，吸鑄模具的內(nèi)部加工有兩個(gè)排氣通道，兩個(gè)排氣通道并列布置在型腔的兩側(cè)，排氣通道的上端與型腔連通，排氣通道的下端與吸鑄模具的底部相抵，吸鑄模具的上表面開(kāi)有環(huán)形密封凹槽，吸鑄模具的澆口位于環(huán)形密封凹槽內(nèi)；
[0006]步驟二、在熔煉室的熔煉坩堝內(nèi)放入海綿鈦、C粉、B4C粉、鈦或鈦合金熔配成高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠，其中，高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為總體積分?jǐn)?shù)為 O % -20 % 的 TiC 和 TiB ；
[0007]步驟三、熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次；
[0008]步驟四、將熔煉室通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開(kāi)爐體，安裝石墨吸口，將步驟二熔煉好的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄錠放入真空電弧熔煉爐的吸鑄坩堝內(nèi)，準(zhǔn)備再熔煉；
[0009]步驟五、將第一密封圈安裝在步驟一的吸鑄模具的環(huán)形密封凹槽內(nèi)，將吸鑄模具置于密封好的吸鑄室內(nèi)并安裝在模座上；石墨吸口與吸鑄模具的澆口對(duì)準(zhǔn)；
[0010]步驟六、啟動(dòng)真空系統(tǒng)，將熔煉室抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保護(hù)氣體至壓力為40kPa?60kPa，將鑄錠重新熔煉，熔煉電流為300A?600A，熔煉2min?3min后，增大電弧電流至500A?750A,并保持Imin?2min,得到過(guò)熱熔體；
[0011]步驟七、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時(shí)將熔煉電流增加至700?900A，步驟六得到的過(guò)熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過(guò)石墨吸口迅速充滿吸鑄模具的型腔內(nèi)；
[0012]步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室釋放真空，打開(kāi)吸鑄模具，得到鑄件。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的吸鑄模具采用了金屬模具，避免了制作陶瓷型殼復(fù)雜的工藝和冗繁的工序，生產(chǎn)效率高；合金熔體與吸鑄模具不發(fā)生反應(yīng)，鑄件表面質(zhì)量好，后續(xù)加工工序少，材料利用率高。
[0014]本發(fā)明的合金熔煉在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行，合金熔體不易氧化，低熔點(diǎn)元素?fù)]發(fā)量小；合金的熔煉在水冷銅坩堝中進(jìn)行，與坩堝接觸的合金熔體會(huì)形成薄薄一層凝殼，將合金熔體與坩堝隔開(kāi)，防止合金熔體受到污染。整個(gè)過(guò)程，合金熔體受到間隙元素影響小、合金純凈度高，揮發(fā)量小、成分容易保證。
[0015]本發(fā)明由于排氣閥模具設(shè)有有通氣通道，因此排氣閥模具內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，液態(tài)的鈦合金或鈦鋁基合金在自身重力和壓差的作用下，定向流動(dòng)，向排氣閥模具的型腔中澆注金屬液，并將排氣閥鑄件型腔填滿；待鑄件冷卻一段時(shí)間后，釋放真空，打開(kāi)排氣閥模具，得到完整鑄件，鑄件尺寸精度和表面光潔度高，克服了現(xiàn)有技術(shù)鑄件澆不足，易開(kāi)裂的缺點(diǎn)。
[0016]本發(fā)明的合金熔煉過(guò)程中合金熔體受到電磁力的攪拌，成分和硬度分布均勻，增強(qiáng)相在基體中分布均勻，尺寸細(xì)小，結(jié)合牢固，界面清晰。
[0017]本發(fā)明中，合金熔體在重力與氣體壓力雙重作用下充型，充型速度快，充型能力強(qiáng)，所需要的過(guò)熱度低。合金熔體充型后在正壓力場(chǎng)下凝固，補(bǔ)縮能力好，減少了縮孔、縮松等缺陷的產(chǎn)生。本發(fā)明能夠廣泛應(yīng)用到鈦基合金高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的生產(chǎn)上，鑄件的成形質(zhì)量高，優(yōu)于重力鑄造和離心鑄造的精度，本發(fā)明的成品率> 90%。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的鑄件熔煉和吸鑄原理示意圖(圖中:1是鎢極，2是熔煉室，3是水冷銅坩堝的吸鑄坩堝，4是水冷銅坩堝的熔煉坩堝，5是進(jìn)行熔煉和吸鑄的錠，6是石墨吸口，7是第一密封圈，8是吸鑄模具，9是吸鑄室，10是第二密封圈，11是模座、8-1是型腔、8-2是澆口，8-3是排氣通道)，圖2是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】七真空吸鑄制備的楔形鑄件的實(shí)物照片示意圖，圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】九真空吸鑄制備的排氣閥鑄件的實(shí)物照片示意圖，圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】十真空吸鑄制備的排氣閥鑄件的實(shí)物照片示意圖，圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】十二真空吸鑄制備的排氣閥鑄件的實(shí)物照片示意圖，圖6是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】十七真空吸鑄制備的連桿件的實(shí)物照片示意圖，圖7是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】一真空吸鑄制備的排氣閥鑄件的內(nèi)部組織示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0020]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1和圖7說(shuō)明，本實(shí)施方式的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法是按照以下步驟進(jìn)行:
[0021]步驟一、制造吸鑄模具8，所述吸鑄模具8為金屬模具，吸鑄模具8的中部加工有型腔8-1，吸鑄模具8的內(nèi)部加工有兩個(gè)排氣通道8-3，兩個(gè)排氣通道8-3并列布置在型腔8-1的兩側(cè)，排氣通道8-3的上端與型腔8-1連通，排氣通道8-3的下端與吸鑄模具8的底部相抵，吸鑄模具8的上表面開(kāi)有環(huán)形密封凹槽，吸鑄模具8的澆口 8-2位于環(huán)形密封凹槽內(nèi)；
[0022]步驟二、在熔煉室2的熔煉坩堝4內(nèi)放入海綿鈦、C粉、B4C粉、鈦或鈦合金熔配成高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠，其中，高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為總體積分?jǐn)?shù)為0% -20%的TiC和TiB ；
[0023]步驟三、熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次；
[0024]步驟四、將熔煉室4通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開(kāi)爐體，安裝石墨吸口 6，將步驟二熔煉好的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄錠放入真空電弧熔煉爐的吸鑄坩堝3內(nèi)，準(zhǔn)備再熔煉；
[0025]步驟五、將第一密封圈7安裝在步驟一的吸鑄模具8的環(huán)形密封凹槽內(nèi)，將吸鑄模具8置于密封好的吸鑄室9內(nèi)并安裝在模座11上；石墨吸口 6與吸鑄模具8的澆口 8-2對(duì)準(zhǔn)；
[0026]步驟六、啟動(dòng)真空系統(tǒng)，將熔煉室2抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保護(hù)氣體至壓力為40kPa?60kPa，將鑄錠重新熔煉，熔煉電流為300A?600A，熔煉2min?3min后，增大電弧電流至500A?750A,并保持Imin?2min,得到過(guò)熱熔體；
[0027]步驟七、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室9真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時(shí)將熔煉電流增加至700?900A，步驟六得到的過(guò)熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過(guò)石墨吸口迅速充滿吸鑄模具8的型腔8-1內(nèi)；
[0028]步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室9釋放真空，打開(kāi)吸鑄模具8，得到鑄件。
[0029]本實(shí)施方式的得到的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基符合材料的鑄件充型完整，表面質(zhì)量好，經(jīng)探傷檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量好，無(wú)氣孔、縮孔缺陷，成品率> 90%。
[0030]本發(fā)明的合金熔煉過(guò)程中合金熔體受到電磁力的攪拌，增強(qiáng)相在基體中分布均勻，由圖7所示的晶相組織圖可知，增強(qiáng)相尺寸細(xì)小，增強(qiáng)相和基體材料結(jié)合牢固，界面清晰。
[0031]本實(shí)施方式的方法在真空條件下充型，避免了間隙元素對(duì)鈦基復(fù)合材料污染；重力與氣體壓力疊加，具有很強(qiáng)的充型能力；具有生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)；熔煉過(guò)程合金基體材料熔化并在電磁攪拌的作用下進(jìn)行與增強(qiáng)相均勻混合，制得過(guò)熱熔體。
[0032]本實(shí)施方式的步驟三將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次，目的是為保證鑄錠成分均勻。
[0033]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟二中的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的鈦合金基體材料為T(mén)Al鈦合金、TC4鈦合金、TB5鈦合金或Ti6tl鈦合金。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至二之一不同的是:步驟六中熔煉電流為400A，熔煉2.5min后，增大電弧電流至625A，并保持1.5min，得到過(guò)熱熔體。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至二之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟六中熔煉電流為320?480A，熔煉2.2?2.8min后，增大電弧電流至550?700A，并保持1.2?
1.8min，得到過(guò)熱熔體。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟六中熔煉電流為300?450A，熔煉2.5?3min后，增大電弧電流至500?700A，并保持I?1.5min，得到過(guò)熱熔體。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟七中熔煉電流增加至800A。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0038]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0039]步驟一、制造吸鑄模具8，所述吸鑄模具8為金屬模具，吸鑄模具8的中部加工有型腔8-1，吸鑄模具8的內(nèi)部加工有兩個(gè)排氣通道8-3，兩個(gè)排氣通道8-3并列布置在型腔8-1的兩側(cè)，排氣通道8-3的上端與型腔8-1連通，排氣通道8-3的下端與吸鑄模具8的底部相抵，吸鑄模具8的上表面開(kāi)有環(huán)形密封凹槽，吸鑄模具8的澆口 8-2位于環(huán)形密封凹槽內(nèi)，所述型腔為具有楔形通道型腔；
[0040]步驟二、在熔煉室2的熔煉坩堝4內(nèi)放入海綿鈦、C粉、B4C粉和TAl合金熔配成高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠，其中C粉和B4C粉用鋁箔包覆，放在熔煉坩堝4的中間位置，其中，高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為7.5%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為7.5%的 TiB ；
[0041]步驟三、熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次；
[0042]步驟四、將熔煉室4通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開(kāi)爐體，安裝石墨吸口 6，石墨吸口 6的直徑為4mm，將步驟二熔煉好的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄錠放入真空電弧熔煉爐的吸鑄坩堝3內(nèi)，準(zhǔn)備再熔煉；
[0043]步驟五、將第一密封圈7安裝在步驟一的吸鑄模具8的環(huán)形密封凹槽內(nèi)，將吸鑄模具8置于密封好的吸鑄室9內(nèi)并安裝在模座11上；石墨吸口 6與吸鑄模具8的澆口 8-2對(duì)準(zhǔn)；
[0044]步驟六、啟動(dòng)真空系統(tǒng)，將熔煉室2抽真空至0.2Pa?0.5Pa，通入保護(hù)氣體至壓力為50kPa，將鑄錠重新熔煉，熔煉電流為300A?500A，熔煉2min?3min后，增大電弧電流至500A?700A,并保持Imin?2min,得到過(guò)熱熔體；
[0045]步驟七、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室9真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時(shí)將熔煉電流增加至700?800A，步驟六得到的過(guò)熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過(guò)石墨吸口迅速充滿吸鑄模具8的型腔8-1內(nèi)；
[0046]步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室9釋放真空，打開(kāi)吸鑄模具8，得到楔形鑄件。
[0047]本實(shí)施方式的得到的TAl基體材料、增強(qiáng)相為7.5% TiC和7.5% TiB的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料楔形鑄件充型完整，表面質(zhì)量好，經(jīng)探傷檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量好，無(wú)氣孔、縮孔缺陷，成品率94%。
[0048]本實(shí)施方式的方法在真空條件下充型，避免了間隙元素對(duì)鈦基復(fù)合材料污染；重力與氣體壓力疊加，具有很強(qiáng)的充型能力；具有生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)；熔煉過(guò)程合金基體熔化并在電磁攪拌的作用下進(jìn)行與增強(qiáng)相均勻混合，制得過(guò)熱熔體。
[0049]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七不同的是步驟二中海綿鈦、C粉和B4C粉這三種原料先經(jīng)混料機(jī)混勻，壓制成預(yù)制塊，再放入坩堝，進(jìn)行熔煉。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】七相同。
[0050]【具體實(shí)施方式】九:結(jié)合圖1和圖3說(shuō)明，本實(shí)施方式的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0051]步驟一、制造吸鑄模具8，所述吸鑄模具8為金屬模具，吸鑄模具8的中部加工有型腔8-1，吸鑄模具8的內(nèi)部加工有兩個(gè)排氣通道8-3，兩個(gè)排氣通道8-3并列布置在型腔8-1的兩側(cè)，排氣通道8-3的上端與型腔8-1連通，排氣通道8-3的下端與吸鑄模具8的底部相抵，吸鑄模具8的上表面開(kāi)有環(huán)形密封凹槽，吸鑄模具8的澆口 8-2位于環(huán)形密封凹槽內(nèi)，所述型腔為排氣閥式型腔；
[0052]步驟二、在熔煉室2的熔煉坩堝4內(nèi)放入海綿鈦、C粉、B4C粉和TC4鈦合金熔配成高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠，其中，高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為7.5%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為7.5%的TiB ；
[0053]步驟三、真空熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次；
[0054]步驟四、將熔煉室4通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開(kāi)爐體，安裝石墨吸口 6，石墨吸口 6的直徑為4mm，將步驟二熔煉好的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄錠放入真空電弧熔煉爐的吸鑄坩堝3內(nèi)，準(zhǔn)備再熔煉；
[0055]步驟五、將第一密封圈7安裝在步驟一的吸鑄模具8的環(huán)形密封凹槽內(nèi)，將吸鑄模具8置于密封好的吸鑄室9內(nèi)并安裝在模座11上；石墨吸口 6與吸鑄模具8的澆口 8-2對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)，將吸鑄模具8預(yù)熱到200°C ；
[0056]步驟六、啟動(dòng)真空系統(tǒng)，將熔煉室2抽真空至0.2Pa?0.5Pa，通入保護(hù)氣體至壓力為50kPa，將鑄錠重新熔煉，熔煉電流為300A?500A，熔煉2min?3min后，增大電弧電流至500A?700A,并保持Imin?2min,得到過(guò)熱熔體；
[0057]步驟七、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室9真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時(shí)將熔煉電流增加至700?800A，步驟六得到的過(guò)熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過(guò)石墨吸口迅速充滿吸鑄模具8的型腔8-1內(nèi)；
[0058]步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室9釋放真空，打開(kāi)吸鑄模具8，得到排氣閥鑄件。
[0059]本實(shí)施方式的得到的TC4基體材料、增強(qiáng)相為7.5% TiC和7.5% TiB的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料楔形鑄件充型完整，表面質(zhì)量好，經(jīng)探傷檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量好，無(wú)氣孔、縮孔缺陷，成品率95%。
[0060]本實(shí)施方式的方法在真空條件下充型，避免了間隙元素對(duì)鈦基復(fù)合材料污染；重力與氣體壓力疊加，具有很強(qiáng)的充型能力；具有生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)；熔煉過(guò)程合金基體熔化并在電磁攪拌的作用下進(jìn)行與增強(qiáng)相均勻混合，制得過(guò)熱熔體。
[0061]【具體實(shí)施方式】十:如圖4所示，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】九不同的是:步驟二中高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為10%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為5%的TiB。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】九相同。
[0062]【具體實(shí)施方式】i^一:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】九不同的是:步驟二中高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為5%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為10%的TiB。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】九相同。
[0063]【具體實(shí)施方式】十二:結(jié)合圖1和圖5說(shuō)明，本實(shí)施方式的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0064]步驟一、制造吸鑄模具8，所述吸鑄模具8為金屬模具，吸鑄模具8的中部加工有型腔8-1，吸鑄模具8的內(nèi)部加工有兩個(gè)排氣通道8-3，兩個(gè)排氣通道8-3并列布置在型腔8-1的兩側(cè)，排氣通道8-3的上端與型腔8-1連通，排氣通道8-3的下端與吸鑄模具8的底部相抵，吸鑄模具8的上表面開(kāi)有環(huán)形密封凹槽，吸鑄模具8的澆口 8-2位于環(huán)形密封凹槽內(nèi)，所述型腔為排氣閥式型腔；
[0065]步驟二、在熔煉室2的熔煉坩堝4內(nèi)放入海綿鈦、C粉、B4C粉和TC4鈦合金熔配成高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠，其中，高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為10%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為10%的TiB ；
[0066]步驟三、真空熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次；
[0067]步驟四、將熔煉室4通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開(kāi)爐體，安裝石墨吸口 6，石墨吸口 6的直徑為4mm，將步驟二熔煉好的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄錠放入真空電弧熔煉爐的吸鑄坩堝3內(nèi)，準(zhǔn)備再熔煉；
[0068]步驟五、將第一密封圈7安裝在步驟一的吸鑄模具8的環(huán)形密封凹槽內(nèi)，將吸鑄模具8置于密封好的吸鑄室9內(nèi)并安裝在模座11上；石墨吸口 6與吸鑄模具8的澆口 8-2對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)，將吸鑄模具8預(yù)熱到500°C ；
[0069]步驟六、啟動(dòng)真空系統(tǒng)，將熔煉室2抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保護(hù)氣體至壓力為50kPa?60kPa，將鑄錠重新熔煉，熔煉電流為400A?550A，熔煉2min?3min后，增大電弧電流至550A?750A，并保持Imin?2min，得到過(guò)熱熔體；
[0070]步驟七、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室9真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時(shí)將熔煉電流增加至750?850A，步驟六得到的過(guò)熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過(guò)石墨吸口迅速充滿吸鑄模具8的型腔8-1內(nèi)；
[0071]步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室9釋放真空，打開(kāi)吸鑄模具8，得到排氣閥鑄件。
[0072]本實(shí)施方式的得到的TC4基體材料、增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為10%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為10%的TiB的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料楔形鑄件充型完整，表面質(zhì)量好，經(jīng)探傷檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量好，無(wú)氣孔、縮孔缺陷，成品率93%。
[0073]本實(shí)施方式的方法在真空條件下充型，避免了間隙元素對(duì)鈦基復(fù)合材料污染；重力與氣體壓力疊加，具有很強(qiáng)的充型能力；具有生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)；熔煉過(guò)程合金基體熔化并在電磁攪拌的作用下進(jìn)行與增強(qiáng)相均勻混合，制得過(guò)熱熔體。
[0074]【具體實(shí)施方式】十三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十二不同的是:步驟二中高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為15%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為5%的TiB。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】十二相同。
[0075]【具體實(shí)施方式】十四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十二不同的是:步驟二中高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為5%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為15%的TiB。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】十二相同。
[0076]【具體實(shí)施方式】十五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十二不同的是:步驟四中石墨吸口 6的直徑為5mm。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】是十二相同。
[0077]【具體實(shí)施方式】十六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十二不同的是:步驟四中用氮化硼材料制作石墨吸口 6。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】十二相同。
[0078]【具體實(shí)施方式】十七:結(jié)合圖1和圖6說(shuō)明，本實(shí)施方式的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0079]步驟一、制造吸鑄模具8，所述吸鑄模具8為金屬模具，吸鑄模具8的中部加工有型腔8-1，吸鑄模具8的內(nèi)部加工有兩個(gè)排氣通道8-3，兩個(gè)排氣通道8-3并列布置在型腔8-1的兩側(cè)，排氣通道8-3的上端與型腔8-1連通，排氣通道8-3的下端與吸鑄模具8的底部相抵，吸鑄模具8的上表面開(kāi)有環(huán)形密封凹槽，吸鑄模具8的澆口 8-2位于環(huán)形密封凹槽內(nèi)，所述型腔8-1為連桿式型腔；
[0080]步驟二、在熔煉室2的熔煉坩堝4內(nèi)放入海綿鈦、C粉、B4C粉和TB5鈦合金熔配成高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠，其中，高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為7.5%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為7.5%的TiB ；
[0081]步驟三、真空熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次；
[0082]步驟四、將熔煉室4通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開(kāi)爐體，安裝石墨吸口 6，石墨吸口 6的直徑為4mm，將步驟二熔煉好的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄錠放入真空電弧熔煉爐的吸鑄坩堝3內(nèi)，準(zhǔn)備再熔煉；
[0083]步驟五、將第一密封圈7安裝在步驟一的吸鑄模具8的環(huán)形密封凹槽內(nèi)，將吸鑄模具8置于密封好的吸鑄室9內(nèi)并安裝在模座11上；石墨吸口 6與吸鑄模具8的澆口 8-2對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)，將吸鑄模具8預(yù)熱到750°C ；
[0084]步驟六、啟動(dòng)真空系統(tǒng)，將熔煉室2抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保護(hù)氣體至壓力為50kPa?60kPa，將鑄錠重新熔煉，熔煉電流為400A?600A，熔煉2min?3min后，增大電弧電流至600A?750A,并保持Imin?2min,得到過(guò)熱熔體；
[0085]步驟七、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室9真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時(shí)將熔煉電流增加至750?900A，步驟六得到的過(guò)熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過(guò)石墨吸口迅速充滿吸鑄模具8的型腔8-1內(nèi)；
[0086]步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室9釋放真空，打開(kāi)吸鑄模具8，得到排氣閥鑄件。
[0087]本實(shí)施方式的得到的TB5基體材料、增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為7.5%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為7.5%的TiB的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料楔形鑄件充型完整，表面質(zhì)量好，經(jīng)探傷檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量好，無(wú)氣孔、縮孔缺陷，成品率95%。
[0088]本實(shí)施方式的方法在真空條件下充型，避免了間隙元素對(duì)鈦基復(fù)合材料污染；重力與氣體壓力疊加，具有很強(qiáng)的充型能力；具有生產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)；熔煉過(guò)程合金基體熔化并在電磁攪拌的作用下進(jìn)行與增強(qiáng)相均勻混合，制得過(guò)熱熔體。
[0089]【具體實(shí)施方式】十八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七不同的是:步驟二中高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為10%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為5%的TiB。本實(shí)施方式的得到的TB5基體材料、增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為10 %的TiC和體積分?jǐn)?shù)為5 %的TiB的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料楔形鑄件充型完整，表面質(zhì)量好，經(jīng)探傷檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量好，無(wú)氣孔、縮孔缺陷，成品率93%。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】十七相同。
[0090]【具體實(shí)施方式】十九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十七不同的是:步驟二中高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為5%的TiC和體積分?jǐn)?shù)為10%的TiB。本實(shí)施方式的得到的TB5基體材料、增強(qiáng)相為體積分?jǐn)?shù)為5 %的TiC和體積分?jǐn)?shù)為10 %的TiB的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料楔形鑄件充型完整，表面質(zhì)量好，經(jīng)探傷檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量好，無(wú)氣孔、縮孔缺陷，成品率94%。其他步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】十七相同。
【權(quán)利要求】
1.一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法，其特征在于:所述鈦基復(fù)合材料鑄造方法是按照以下步驟進(jìn)行: 步驟一、制造吸鑄模具(8)，所述吸鑄模具(8)為金屬模具，吸鑄模具(8)的中部加工有型腔(8-1)，吸鑄模具(8)的內(nèi)部加工有兩個(gè)排氣通道(8-3)，兩個(gè)排氣通道(8-3)并列布置在型腔(8-1)的兩側(cè)，排氣通道(8-3)的上端與型腔(8-1)連通，排氣通道(8-3)的下端與吸鑄模具(8)的底部相抵，吸鑄模具(8)的上表面開(kāi)有環(huán)形密封凹槽，吸鑄模具(8)的澆口(8-2)位于環(huán)形密封凹槽內(nèi)； 步驟二、在熔煉室(2)的熔煉坩堝(4)內(nèi)放入海綿鈦、C粉、B4C粉、鈦或鈦合金熔配成高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料鑄錠，其中，高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)相為總體積分?jǐn)?shù)為0% -20%的TiC和TiB ； 步驟三、熔煉鑄錠，將鑄錠翻轉(zhuǎn)重熔兩次； 步驟四、將熔煉室(4)通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開(kāi)爐體，安裝石墨吸口(6)，將步驟二熔煉好的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄錠放入真空電弧熔煉爐的吸鑄坩堝(3)內(nèi)，準(zhǔn)備再熔煉； 步驟五、將第一密封圈(7)安裝在步驟一的吸鑄模具(8)的環(huán)形密封凹槽內(nèi)，將吸鑄模具(8)置于密封好的吸鑄室(9)內(nèi)并安裝在模座(11)上；石墨吸口(6)與吸鑄模具(8)的澆口 (8-2)對(duì)準(zhǔn)； 步驟六、啟動(dòng)真空系統(tǒng)，將熔煉室(2)抽真空至0.2Pa?1.0Pa，通入保護(hù)氣體至壓力為40kPa?60kPa，將鑄錠重新熔煉，熔煉電流為300A?600A，熔煉2min?3min后，增大電弧電流至500A?750A,并保持Imin?2min,得到過(guò)熱熔體； 步驟七、開(kāi)啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室(9)真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時(shí)將熔煉電流增加至700?900A，步驟六得到的過(guò)熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過(guò)石墨吸口迅速充滿吸鑄模具(8)的型腔(8-1)內(nèi)； 步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室(9)釋放真空，打開(kāi)吸鑄模具(8)，得到鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法，其特征在于:步驟二中的高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的鈦合金基體材料為T(mén)Al鈦合金、TC4鈦合金、TB5鈦合金或Ti6tl鈦合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法，其特征在于:步驟六中熔煉電流為400A，熔煉2.5min后，增大電弧電流至625A，并保持1.5min,得到過(guò)熱熔體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法，其特征在于:步驟六中熔煉電流為320?480A，熔煉2.2?2.8min后，增大電弧電流至550?700A，并保持1.2?1.8min，得到過(guò)熱熔體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法，其特征在于:步驟六中熔煉電流為300?450A，熔煉2.5?3min后，增大電弧電流至500?700A，并保持I?1.5min，得到過(guò)熱熔體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的一種高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相鈦基復(fù)合材料鑄件的鑄造方法，其特征在于:步驟七中熔煉電流增加至800A。
【文檔編號(hào)】B22D18/06GK104174831SQ201410443092
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】駱良順, 韓寶帥, 王亮, 孟憲宇, 蘇彥慶, 史艷磊, 郭景杰 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)