钛及钛合金的精密铸造与应用

１９９８年第６期　钛工业进展　１９　≮　，ｔ　ｒ一＿一　、　，　ｔ　１～　ｌ／　７（　＝、　钛及钛合金的精密铸造与应用　冯颖芳　西北有色金属研究院．西安７ｌ００　＿Ｌ　７　）　钛因原料价格较贵，所以提高其产品成　品率显得尤为重要，近净形成形技术自然就　成为重要课题．近净形成形技术有热模锻　造、恒温锻造以及精密铸造等．精密铸造近　年取得了一些新的进展．　在荚国，钛铸件的发货量１９６３年仅为３５ｔ　１９８５年上升到３８Ｏｒ，１９９１年则已达到　９００ｔ．这些铸件太部分用于飞机上，包括飞　机的风扇罩　压气机机匣等大翌部件及薄　壁．形状复杂的压气机、支架等小翌静止部　件．使用的材质基本为Ｔｉ一６　一４Ｖ合金　的遇火材．近几年来，精密铸造的钛合金高　尔夫球头及开瓶起子等在美国市场普及．且　价格低廉．　飞机发动机所使用的钛铸件几乎都是采　用失蜡（精密）法铸造，在宇航领域，钛合金　铸件之所以能普及，是因为开发出了不与活性　熔融钛发生反应的铸型制造技术．此种铸　型可将熔融钛铸戚接近成品的形状，从而提　高了原材料利用率，节省了切削加工费，此　外还易得到复杂的曲面形状．其缺点是材　质的强度、韧性．金属组织的匹配以及铸件　的可靠性等方面尚存在一些问题　而热等　净压技术（ＨｌＰ）．化学蚀刻技术的采用可使　钛铸件质量太大提高，从而为精密铸件在靛　空等重要领域的应用开辟了新的途径．　Ｂ本市场与美国不同，其钛铸件几乎都　是用于化学工业。最近．高尔夫球头等新市　场上又出现丁８型钛合金精密铸件，并期待　有进～步发展．尽管如此．钛铸件替代其它　材质的时机尚未成熟，要扩大市场，降低成　本仍是首要问题。　１　铸造　ｌ，１铸造装置　钛铸件的铸造装置如图ｌ所示．即在　水冷铜坩埚内将自耗电极进行电弧熔炼以得　到金属熔液，再将熔液倒入铸型内以得到钛　铸件．这种铸造装置常用来铸造军用飞机　等用的大型部件．最大的熔炼炉达ｌＬ钛　与锕及铝相比，金属液流动性差，故常采用　离心铸造法．高尔夫球头等民用品的铸造　常使用氧化钙坩埚感应熔炼法．化学工业　用铸件多采用壳式感应熔炼法．　雷１锰铸件的铸造装置　１．２铸型材　大型钛铸件所使用的铸型一般为机加工　石墨铸型或用合适的粘合荆将石墨耪末粘结　后再烧结成形的铸型．采用失蜡铸型进行　精密铸造时使用的铸型材多为氧化物系．　维普资讯 http://www.cqvip.com

２０　钛工业进展　ｌ９９８年第６期　铸造钛时应尽可能使用稳定的氧化物系铸型　材，比如氧化错（ｚ￣ｏ，３　氧化钙（ｃａＯ）　等，这些氧化物型坯在脱蜡后再经过烧结　其强度十分好。　当然牯台剂的选择也十分　重要。　区亟固耐火材辩涂层　　ｌ　脱蜡及铸型橙查　１．３铸造工艺及后处理　典型的钛精密铸造法一失蜡铸型铸　圆圆　　造工艺流程如图２所示．铸造结束并脱模　后通过喷丸处理和用化学研蘑液除去表面氧　化物层。接着进行Ｈ　处理，消除铸件内　部的残留缺陷。不同的钛合金所设定的处　理条件不同．通常的温度范围为９ｏ０℃～　匝垂　回回圈　　ｌ　１００℃，压力ｌＭＰａ～２ＭＰａ．热等净压　处理后对表面进行检测．若表面存在凹凸　缺陷时，可采用＂ＩＴＧ焊接来修补，其后再施　表面抛光。要消除应力或得到高强度时　应再次进行热处理。消除应力的退火温度　通常为６５０℃～７５０℃．进行与锻造材同　样的固溶时效处理，可得到高强度．为避免　ｌ回　　表面氧化，多采用真空炉或惰性气氛保护　炉．但即使在真空炉中固溶处理．目水淬或　油淬也会发生氧化着色，所以热处理后必须　回圆　　实施化学研磨。最后采用ｘ射线进行无损　检测．　圈　锻造材的力学性能如表ｌ所示，其强　度、延·陛低于锻造材（ＡＳＴＭ　Ｂ３４８）．　雷２精密铸造工艺流程宙　裹１　钍台金铸遣材的力学性能　·ＨｌＰ处理－９∞℃　２　应用　钛铸件的生产始于５ｏ年代后期，真正投　人使用在６０年代初期．目其耐蚀性能好常　被应用于化工行业中的泵，叶轮及阀等．材　由，在海洋领域也开始使用。　最近．钛铸件的用量增加主要是由于宇　航工业用钛量增加的缘故．几乎占总用量的　８０％～８５％（这主要是指在美国）．　日、　欧、美等５个国家共同研制的Ｖ－２５００发动　质基本上采用纯钛．另外，基于同样的理　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９８年第６期　钛工业进展　２１　机的低压压气机的压杆与风扇罩的翼缘是在　日本生产的，其材质为Ｔｊ一６Ａ１—４＇７．　钍铸件在医疗、体育用品等领域取得了　很大进展．因钛材对生物体无害，相容性又　好，适台作医疗材料．如整形外科的人工关　的牙科用途．　日本的牙科精密铸造技术居　世界领先地位．同时它也是最早研制牙科　铸钍机的国家，其设备先进，技术一流．目　前用牙科铸钍机可生产出全口义齿钛基　板．部分义齿钛支架、固定义齿钛基底及牙　冠桥等．　节、口腔外科用颚骨植入材料等均开始使用　钛铸件。表２为日本研制的纯钍及钍台金　袭２　日本研制的纯故及鼓台盒的牙科用途　钛制高尔夫球头的内部是空的，将特制　在日本，采用铸造ｊ击生产高尔夫球杆头　已呈多样化趋势，每个球杆头用钛量为　５００ｇ～６００ｇ．１９９５年，日本在此方面的钛　消费量为５００ｔ～６００ｔ，１９９６年已达到　的底面与之进行焊接，制成球头状，面部　（ｆａｏ：）的厚度为３ｍｍ左右。其它部位为　ｌｍｍ．球头受一定重量的。随着容积的　增加，壁厚反而变薄．铸造技术较难．具有　１　０００ｔ．在美国，也有凡家公司采用熔模精　密铸造法生产高尔夫球杆头．如美目的　Ａｎ￣ｌｏｐｅ公司已安装了３台价值Ｉ．Ｓ０万美　元，台的熔模精密铸造炉，每月可生产出约６　万只高尔夫球杆头．每只球头重２５０窖．１９９６　年美国高尔夫球轩头的总产量４００万个左　右．钛用量至少达１　０００ｔ之多．　如此复杂曲面的球头，从成本上考虑，采用　精密铸造方法比其它加工方法更为有利．　最后将底面焊接后进行研磨　涂装、再安装　在轴杆上．由于钛合金材质的杆头接触面　积太，质轻、控翩性能好，易击中目标，因而　其需求量猛增．　国内成立第一家钛专业公司　攀柱花是国内乃至世界的钒钛专业基　地．为了大力发展钛工业．攀钢专门成立了　钛的专业公司～钛业公司．该公司目前　模的硫酸法钛白厂和５　０００ｑ＇ａ规模的海绵钛　厂．该公司器望将来能建成国内乃至世界　的钛基地。可通过下列网址访问：ｈｔｔｐ：　ｗｗｗ．ｐｚｈｓｔ￣１．∞ｍ臼１和ｈＲｐ：”　ｎｅｔ．　拥有职工２０００余＾．下设选钍厂　钍白粉厂　和铁基制品厂．　目前该公司正拟建设１０　万ｔ，ａ规模的高钛蓝厂、规划建设４万ｃ／ａ规　ｖ．ｙｅａｈ　（邹建新供藕）