CN111185573A - 一种薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钛合金铸件生产技术领域，涉及一种薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，包括：压制铸件蜡模；制作浇注***并完成蜡模组型；制备铸件模壳；模壳脱蜡；制备直径为
Description
技术领域
本发明属于钛合金铸件生产技术领域，涉及一种薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法。
背景技术
钛合金由于具有比强度高、耐蚀性好以及良好的高低温性能等特点，已经在我国航空航天、化工、舰艇等领域得到了广泛的应用。从20世纪50年代开始，钛合金尤其在航空航天领域中得到了迅速的发展，钛合金作为当代飞机和发动机的主要结构材料之一，不仅可以减轻飞机的重量，而且对于飞机结构的优化具有重大的实质性意义。但是国内针对钛合金的应用主要集中在锻件领域，而钛合金锻件一般都需要采取机加的方式实现最后的近净成形，其生产成本较高，特别是随着各工业领域的快速发展，零件设计趋于薄壁、结构复杂集成化的方向发展，继续使用钛合金锻件不仅难以满足生产要求，而且还会造成生产成本的增加以及原材料的浪费。因此，降低钛合金的生产成本和提高原材料的出品率是关系到钛合金发展前景的重大问题。
熔模铸造又称失蜡铸造，采用此工艺生产的铸件具有精密、复杂、接近于零件最后形状的特点，可不加工或很少加工就直接使用，熔模铸造是一种近净成形的先进工艺。因此，熔模铸造被认为是降低钛合金生产成本的有效措施，并被认为是锻造和机加工技术的替代者，其对零件的结构设计要求较低，制造灵活，适合制造形状复杂的构件，现阶段钛合金熔模铸造技术的提高必将推动钛工业的发展。
现阶段钛合金铸件熔模铸造的浇注大多采用真空自耗电极凝壳炉(简称：凝壳炉)完成，凝壳炉是把真空自耗电极电弧炉技术与真空感应炉的坩埚内熔炼技术以及离心浇铸技术相结合的一种铸钛专用设备，其熔炼热源来自耗电极与坩埚之间的弧光放电热量，其坩埚不同于感应炉的绝缘材料坩埚，是粗而浅的水冷铜坩埚。针对于设计结构各异的薄壁复杂钛合金铸件，其浇注方式大多数结合离心浇注完成。钛合金铸件的熔模铸造+凝壳炉浇注生产方式已经基本成型，铸件的模壳用浆料大多数采用氧化钇和醋酸锆制备，但是对于复杂薄壁结构钛合金铸件的凝壳炉离心熔炼浇注工艺，没有成型的工艺参数可作为参考。由于该问题的出现，严重影响了钛合金铸件的发展和应用，因此现阶段需要针对这些问题设计出合适的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，以降低钛合金的生产使用成本，加快钛合金铸件替代锻件的可行性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
这种薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，具体包括以下步骤：
1)压制铸件蜡模；
2)制作浇注***并完成蜡模组型；
3)制备铸件模壳；
4)模壳脱蜡；
5)制备直径为
的料锭，完成电极焊接；
6)模壳焙烧：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温400～600℃；
7)熔炼浇注：待坩埚预热至暗红后装入金属料锭，熔炼浇注过程的真空度均≤5KPa，具体过程如下：先设置起弧电流为3KA，电压20～25V，保持60～90s；6s内加电流至6～8KA，电压20～25V，保持30～35s，至熔池铺满坩埚底部；6s内加电流至10～12KA，电压30～35V，保持30～35s；6s内加电流至12～15KA，电压30～35V，熔池稳定，保持30s；10s内加电流至26～30KA，电压35～40V，保持至熔炼结束，料锭熔化后完成浇注，且离心盘转速500～800r/min；
8)浇注完成后取出铸件，真空度≤5KPa；
9)清壳、锯切、打磨铸件；
10)射线和荧光检测铸件冶金质量；
11)检测铸件表面质量。
进一步，步骤1)中，所述蜡模的粗糙度高于Ra3.2。
进一步，步骤2)中，制作浇注***并完成蜡模组型包括：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体。
进一步，步骤5)中，所述料锭的高度根据铸件用料确定。
进一步，步骤8)中，浇注完成6h后取出铸件。
进一步，步骤11)中，铸件表面质量介于Ra3.2～Ra6.3之间。
进一步，所述钛合金铸件的壁厚不大于8mm。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过对熔炼浇注工艺的改进，采取小电流起弧、稳弧，最终以大电流完成熔炼，金属液以较大的过热度完成浇注，最终生产的铸件可以达到GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。
本发明采用的技术方案为：以某型号飞机用薄壁复杂结构壳体铸件产品为基础，以150Kg凝壳炉熔炼浇注工艺设计为对象，首先制备铸件模壳；确定150Kg凝壳炉额定电极直径为
根据起弧、化清、熔炼、浇注进行阶段划分，制定熔炼浇注工艺；完成浇注；铸件清壳、打磨；无损检测铸件冶金质量；评估铸件表面质量。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
以某支架铸件为例，铸件尺寸为450×300×100mm，材质为ZTA15，壁厚差异较大，薄、厚壁尺寸分别为7mm和26mm，比例接近1:4，其熔炼浇注方法的具体步骤如下：
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注***设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
的料锭，高度为420mm，完成电极焊接；
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温400℃；
步骤7：熔炼与浇注，待坩埚预热至暗红后装入金属料锭，熔炼浇注过程真空度均≤5KPa，具体过程如下：①、起弧电流为3KA，电压22V，保持60s；②、6s内加电流至6KA，电压22V，保持30s，以熔池铺满坩埚底部为宜；③、6s内加电流至10KA，电压32V，保持30s；④、6s内加电流至12KA，电压32V，熔池稳定，保持30s；⑤、10s内加电流至26KA，电压38V，保持至熔炼结束，料锭熔化后迅速完成浇注；⑦、离心盘转速600r/min；
步骤8：浇注完成后取出铸件，真空度≤5KPa；
步骤9：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
进一步，步骤2)中，制作浇注***并完成蜡模组型包括：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体。
进一步，步骤8：浇注完成6h后取出铸件。
按照此方法进行铸件的生产，铸件经X射线和荧光检测，冶金质量满足GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
实施例2：
以某导流盆铸件为例，材质ZTC4，轮廓尺寸
整体壁厚6mm，铸件呈盆状，弧度较大，内腔空心，其熔炼浇注方法的具体步骤如下：
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注***设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
的料锭，高度为380mm，完成电极焊接；
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温400℃；
步骤7：熔炼与浇注，待坩埚预热至暗红后装入金属料锭，熔炼浇注过程真空度均需≤5KPa，具体过程及工艺如下：①、起弧电流为3KA，电压22V，保持60s；②、6s内加电流至6KA，电压22V，保持30s，以熔池铺满坩埚底部为宜；③、6s内加电流至10KA，电压32V，保持30s；④、6s内加电流至12KA，电压32V，熔池稳定，保持30s；⑤、10s内加电流至26KA，电压35V，保持至熔炼结束，料锭熔化后迅速完成浇注；⑦、离心盘转速500r/min；
步骤8：浇注完成6h后取出铸件，真空度≤5KPa；
步骤9：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
进一步，步骤2)中，制作浇注***并完成蜡模组型包括：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体。
按照此方法进行铸件的生产铸件经X射线和荧光检测，冶金质量满足GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
实施例3：
以某壳体为例，铸件材质为ZTC4，轮廓尺寸295×180×240mm，铸件呈半球形封闭，通体壁厚4mm，空心，其熔炼浇注方法的具体步骤如下：
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注***设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
的料锭，高度为490mm，完成电极焊接；
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温500℃；
步骤7：熔炼与浇注，待坩埚预热至暗红后装入金属料锭，熔炼浇注过程真空度均需≤5KPa，具体过程如下：①、起弧电流为3KA，电压22V，保持60s；②、6s内加电流至6KA，电压22V，保持35s，以熔池铺满坩埚底部为宜；③、6s内加电流至10KA，电压35V，保持30s；④、6s内加电流至15KA，电压35V，熔池稳定，保持30s；⑤、10s内加电流至30KA，电压40V，保持至熔炼结束，料锭熔化后迅速完成浇注；⑦、离心盘转速600r/min；
步骤8：浇注完成6h后取出铸件，真空度≤5KPa；
步骤9：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
进一步，步骤2)中，制作浇注***并完成蜡模组型包括：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体。
按照此方法进行铸件的生产，铸件经X射线和荧光检测，冶金质量满足GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
实施例4：
以某中介机匣铸件为例，铸件尺寸为450×365×126mm，材质为ZTC4，共有4个油路管，壁厚为5mm，油路管直径在12～15mm之间，长度均超过10mm，最长油路管达到21mm，铸件本身凸台较多，形状各异。其熔炼浇注方法的具体步骤如下：
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注***设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
的料锭，高度为490mm，完成电极焊接；
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温600℃；
步骤7：熔炼与浇注，待坩埚预热至暗红后装入金属料锭，熔炼浇注过程真空度均需≤5KPa，具体过程及工艺如下：①、起弧电流为3KA，电压22V，保持60s；②、6s内加电流至6KA，电压22V，保持35s，以熔池铺满坩埚底部为宜；③、6s内加电流至10KA，电压35V，保持30s；④、6s内加电流至15KA，电压35V，熔池稳定，保持30s；⑤、10s内加电流至30KA，电压40V，保持至熔炼结束，料锭熔化后迅速完成浇注；⑦、离心盘转速800r/min；
步骤8：浇注完成6h后取出铸件，真空度≤5KPa；
步骤9：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
进一步，步骤2)中，制作浇注***并完成蜡模组型包括：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体。
按照此方法进行铸件的生产，铸件经X射线和荧光检测，冶金质量满足GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
因此，本发明提供的这种薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，通过对熔炼浇注工艺的改进，采取小电流起弧、稳弧，最终以大电流完成熔炼，金属液以较大的过热度完成浇注，最终生产的铸件可以达到GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (7)
1.一种薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)压制铸件蜡模；
2)制作浇注***并完成蜡模组型；
3)制备铸件模壳；
4)模壳脱蜡；
5)制备直径为
的料锭，完成电极焊接；
6)模壳焙烧：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温400～600℃；
7)熔炼浇注：待坩埚预热至暗红后装入金属料锭，熔炼浇注过程的真空度均≤5KPa，具体过程如下：先设置起弧电流为3KA，电压20～25V，保持60～90s；6s内加电流至6～8KA，电压20～25V，保持30～35s，至熔池铺满坩埚底部；6s内加电流至10～12KA，电压30～35V，保持30～35s；6s内加电流至12～15KA，电压30～35V，熔池稳定，保持30s；10s内加电流至26～30KA，电压35～40V，保持至熔炼结束，料锭熔化后完成浇注，且离心盘转速500～800r/min；
8)浇注完成后取出铸件，真空度≤5KPa；
9)清壳、锯切、打磨铸件；
10)射线和荧光检测铸件冶金质量；
11)检测铸件表面质量。
2.根据权利要求1所述的薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，其特征在于，步骤1)中，所述蜡模的粗糙度高于Ra3.2。
3.根据权利要求1所述的薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，其特征在于，步骤2)中，制作浇注***并完成蜡模组型包括：采用压蜡机分别压制浇口杯、横浇道、直浇道及内浇口；采用组型蜡塑模及压制的浇口杯、横浇道、直浇道以及内浇口进行粘结，形成整体。
4.根据权利要求1所述的薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，其特征在于，步骤5)中，所述料锭的高度根据铸件用料确定。
5.根据权利要求1所述的薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，其特征在于，步骤11)中，铸件表面质量介于Ra3.2～Ra6.3之间。
6.根据权利要求1所述的薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，其特征在于，所述钛合金铸件的壁厚不大于8mm。
7.根据权利要求1所述的薄壁复杂结构钛合金铸件的熔炼浇注方法，其特征在于，步骤8)中，浇注完成6h后取出铸件。
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