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鈦及鈦合金的熔煉鑄造工藝

[ 信息發(fā)布:管理員 | 發(fā)布時(shí)間:2020-03-18 | 瀏覽:4571次 ]

鈦是非?;顫姷慕饘?,在液態(tài)下,和氧、氮、氫和碳的反應(yīng)相當(dāng)快,因此鈦合金熔煉必須在較高的真空度或惰性氣體(ar或ne)保護(hù)下進(jìn)行。熔煉用坩堝均采用水冷銅坩堝,具體的熔煉工藝主要有三種方式:(1)非自耗電極電弧爐熔煉 合金熔煉在真空或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。該工藝主要為自耗電極熔煉制備電極。(2)真空自耗電極電弧爐熔煉 以鈦或鈦合金制成的自耗電極為陰極,以水冷銅坩堝為陽(yáng)極。熔化了的電極以液滴形式進(jìn)入坩堝,形成熔池。熔池表面被電弧加熱,始終呈液態(tài),底部和坩堝接觸的四周受到強(qiáng)制冷卻,產(chǎn)生自下而上的結(jié)晶。熔池內(nèi)的金屬液凝固后成為鈦錠。(3)真空自耗電極凝殼護(hù)熔煉 熔煉裝置示意。這種熔爐是在真空自耗電極電弧爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它是一種將熔煉與離心澆注聯(lián)成一體的鑄造異形件的爐型。其最大的特點(diǎn)是在水冷銅坩堝與金屬熔體之間存在一層鈦合金固體薄殼,即所謂凝殼,這層同材質(zhì)的凝殼作為坩堝的內(nèi)襯,用于形成熔池儲(chǔ)存鈦液,避免了坩堝對(duì)鈦合金液的污染。澆注后,留在增損內(nèi)的一層凝殼,可作為坩堝內(nèi)襯繼續(xù)使用。


近年來(lái),隨著科技的發(fā)展及生產(chǎn)的需要,相繼研究開(kāi)發(fā)了熔煉鈦合金及其他活性金屬的新方法及裝備,主要有電子束爐、等離子體爐、真空感應(yīng)爐等,并獲得一定程度的應(yīng)用。但從耗電量、熔化速度、成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比來(lái)看,自耗電極電弧爐(含凝殼爐)熔煉仍是目前最經(jīng)濟(jì)適用的熔煉方法。由于鈦元素的物理-化學(xué)特性,使得鈦合金的鑄造工藝,無(wú)論是造型材料率是工藝方法均有其獨(dú)特的要求和特點(diǎn)。一是要求耐火度非常高的造型材料;二是澆注必須在較高的真空度或惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行,有時(shí)還要附以離心力。接型殼材料不同,熔模型殼又分為三種不同的系統(tǒng)。


(1)純石墨型殼系統(tǒng)。用不同粒度的石墨粉作為耐火填料和撒砂材料,以樹(shù)脂為粘接劑。型殼強(qiáng)度高、重量輕、成本低,原料來(lái)源廣泛。適于離心或重力澆注。

(2)難熔金屬面層型殼系統(tǒng)。為復(fù)合型系統(tǒng),除面層因造型材料不同(鎢粉等難熔金屬)需采取特殊工藝外,背層從造型材料到制殼工藝均同于鑄鋼的熔模鑄造。

(3)氧化物陶瓷型殼系統(tǒng)。型殼的面、背層均由氧化物作為造型材料,因而型殼強(qiáng)度高,熱導(dǎo)率在三種型殼中最小,適于澆注形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。

用以上三種型殼系統(tǒng)澆注的鈦鑄件,在化學(xué)成分和力學(xué)性能方面差別很?。坏砻尜|(zhì)量有明顯差別,后兩種型殼的收縮率明顯小于石墨型殼,因而鑄件尺寸精度。

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