[發(fā)明專利]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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410443092.0
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104174831B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱良順;韓寶帥;王亮;孟憲宇;蘇彥慶;史艷磊;郭景杰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22D18/06
• 分類號: B22D18/06;C22C1/03;C22C1/10;C22C32/00;C22C14/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 岳泉清

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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，制作工藝相對簡單，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，而且該成型方法工作量大，對于設(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)用首先要解決的問題就是開發(fā)一種簡便易行的成型方法。

發(fā)明內(nèi)容

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。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(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：

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)部加工有兩個排氣通道，兩個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)；

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、將熔煉室通入氬氣至大氣壓力，釋放真空，打開爐體，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；

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準(zhǔn)；

步驟六、啟動真空系統(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1min～2min，得到過熱熔體；

步驟七、開啟真空電弧熔煉爐的吸鑄室真空系統(tǒng)，運(yùn)行吸鑄程序，同時將熔煉電流增加至700～900A，步驟六得到的過熱熔體在真空壓力差和自身重力的壓力綜合作用下，通過石墨吸口迅速充滿吸鑄模具的型腔內(nèi)；

步驟八、待鑄件冷卻至室溫后，將吸鑄室釋放真空，打開吸鑄模具，得到鑄件。

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。

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形成薄薄一層凝殼，將合金熔體與坩堝隔開，防止合金熔體受到污染。整個過程，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。

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，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；待鑄件冷卻一段時間后，釋放真空，打開排氣閥模具，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，易開裂的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的合金熔煉過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。

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)，所需要的過熱度低。合金熔體充型后在正壓力場下凝固，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％。

附圖說明