摘要
金屬型工藝因具有模具加工污染小、可多次反復(fù)使用、生產(chǎn)效率高、批量生產(chǎn)時鑄件成本低,以及鑄件尺寸穩(wěn)定、精度高等特點(diǎn),被認(rèn)為是鈦合金鑄件生產(chǎn)中**潛力的工藝之一。然而,金屬型工藝的激冷作用較強(qiáng),導(dǎo)致成形的鈦合金鑄件表面含有冷隔、流痕等缺陷,且金屬型工藝的使用壽命較短,限制了該工藝的**應(yīng)用。經(jīng)研究表明,在鑄型內(nèi)腔涂敷一層涂層可以有效地解決上述問題。基于此,本文結(jié)合鈦合金用金屬型鑄型材料的界面導(dǎo)熱特性,研究了涂層制備工藝及其對鈦合金鑄件表面質(zhì)量的影響。*終確定了**的鈦合金金屬型鑄造工藝,**地提高了鈦合金鑄件的批量生產(chǎn)。
鈦合金因具有高比強(qiáng)度、高比剛度、低密度、良好的生物相容性、優(yōu)異的耐腐蝕性能和斷裂韌性等綜合性能,被**用于航空航天、石油化工、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。精密鑄造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)一次近凈成形,是鈦合金經(jīng)濟(jì)高效成形的**。
但在實(shí)際鑄造過程中,由于鈦合金在高溫熔融狀態(tài)下具有高化學(xué)活性的特點(diǎn),因此鈦合金對鑄型材料提出了較高的要求。目前,常用的鈦合金鑄型材料主要包括石墨和氧化釔等稀土氧化物材料,上述鑄型材料近年來成本持續(xù)上漲,造型成本已占到鑄件成本的30%以上,導(dǎo)致鑄件成本長期居高不下。石墨型在澆注過程中容易損壞,使用壽命普遍較短,不利于鈦鑄件的批量生產(chǎn);熔模陶瓷型工藝過程復(fù)雜,涉及模具設(shè)計(jì)和型殼多層涂掛、干燥與焙燒,一定程度上增加了鈦鑄件的生產(chǎn)周期。因此,如何針對不同鑄件選擇合適的工藝方法和鑄型材料成為鈦合金鑄造高質(zhì)量、低成本、高效率、批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。
金屬型工藝由于具有模具加工簡單、加工污染小、模具可多次反復(fù)使用、生產(chǎn)效率高、批量生產(chǎn)時鑄件成本低和鑄件尺寸穩(wěn)定、精度高等特點(diǎn),在非復(fù)雜鈦合金產(chǎn)品領(lǐng)域具有很廣闊的應(yīng)用前景。美國普惠公司實(shí)踐研究表明,當(dāng)鈦合金采用金屬型工藝進(jìn)行澆注成形時,與熔模陶瓷型工藝相比,成本降低約40%,鑄件的綜合力學(xué)性能更為優(yōu)異,目前已應(yīng)用金屬型鑄造技術(shù)制造了F119發(fā)動機(jī)的第4、5級高壓壓氣機(jī)阻燃鈦合金導(dǎo)流葉片。美國EMTEC所開展了鈦合金排氣閥的金屬型鑄造工藝研究,分別采用金屬型和陶瓷型澆注了試樣,金屬型澆注的試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均相對較好。但金屬型工藝鑄型具有復(fù)雜度低,鑄件表面易產(chǎn)生流痕和冷隔、α脆性層等缺陷,厚大鈦鑄件易與鑄型發(fā)生熔焊粘結(jié),鑄型的使用壽命低等特點(diǎn),極大限制了其**使用。
為了提高金屬型的使用壽命及消除因金屬型的激冷作用導(dǎo)致的鈦鑄件表面的冷隔、流痕和激冷層等缺陷,本文從金屬型的涂層工藝設(shè)計(jì)與鑄件表面質(zhì)量分析等方面開展研究,為鈦合金鑄造高質(zhì)量低成本批量生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。