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钛及钛合金的熔炼铸造工艺

钛是活泼的金属,在液态下,和氧、氮、氢和碳的反应相当快,因此钛合金熔炼必须在较高的真空度或惰性气体(ar或ne)保护下进行。熔炼用坩埚均采用水冷铜坩埚,具体的熔炼工艺主要有三种方式:(1)非自耗电极电弧炉熔炼 合金熔炼在真空或惰性气体保护下进行。该工艺主要为自耗电极熔炼制备电极。(2)真空自耗电极电弧炉熔炼以钛或钛合金制成的自耗电极为阴极,以水冷铜坩埚为阳极。熔化了的电极以液滴形式进入坩埚,形成熔池。熔池表面被电弧加热,始终呈液态,底部和坩埚接触的四周受到强制冷却,产生自下而上的结晶。熔池内的金属液凝固后成为钛锭。(3)真空自耗电极凝壳护熔炼熔炼装置示意。这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的,它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳,即所谓凝壳,这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬,用于形成熔池储存钛液,避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后,留在增损内的一层凝壳,可作为坩埚内衬继续使用。
近年来,随着科技的发展及生产的需要,相继研究开发了熔炼钛合金及其他活性金属的新方法及装备,主要有电子束炉、等离子体炉、真空感应炉等,并获得一定程度的应用。但从耗电量、熔化速度、成本等技术经济指标对比来看,自耗电极电弧炉(含凝壳炉)熔炼仍是目前经济适用的熔炼方法。由于钛元素的物理-化学特性,使得钛合金的铸造工艺,无论是造型材料率是工艺方法均有其要求和特点。一是要求耐火度高的造型材料;二是浇注必须在较高的真空度或惰性气体的保护下进行,有时还要附以离心力。接型壳材料不同,熔模型壳又分为三种不同的系统。
(1)纯石墨型壳系统。用不同粒度的石墨粉作为耐火填料和撒砂材料,以树脂为粘接剂。型壳强度高、重量轻、成本低,原料来源广泛。适于离心或重力浇注。
(2)难熔金属面层型壳系统。为复合型系统,除面层因造型材料不同(钨粉等难熔金属)需采取特殊工艺外,背层从造型材料到制壳工艺均同于铸钢的熔模铸造。
(3)氧化物陶瓷型壳系统。型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料,因而型壳强度高,热导率在三种型壳中小,适于浇注形状复杂的薄壁铸件。
用以上三种型壳系统浇注的钛铸件,在化学成分和力学性能方面差别很小;但表面质量有明显差别,后两种型壳的收缩率明显小于石墨型壳,因而铸件尺寸精度。
2020/07/06 16:27:07 1531 次

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