钛合金及应用讲义 (23).pdf

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1、1 知知识识点点讲讲义义 授课题目 第 6 章钛合金的铸造 知识点 1 钛及钛合金的铸造 教学目的 和要求 理解钛及钛合金的铸造 教学重点 钛及钛合金的铸造 教学难点 无 教学进程 教学内容、教学设计、教学过程 教学目标教学目标 1：钛及钛合金的铸造 教学内容及过程设计：钛合金难熔且化学活性高，在熔融状态下能与几乎所有的耐火材料和气体相反应，大大增加了铸造的困难。因此，钛合金铸造工艺的发展所遇到的困难比钢、铝、镁等都要多。钛合金在铸造过程中，其熔化和浇注都必须在惰性气体保护下或真空中进行，常用的设备有真空自耗电弧凝壳炉等，并且应使用强制冷却的铜坩埚，不能用普遇耐火材料制成的坩埚。可采用石墨捣实

2、型等铸钛造型系统，也可用离心法浇注。大部分变形钛合金均可采用铸造，如 TC4、TA7 等已在铸造方面得到了推广，对新型专用铸造钛合金的研制也日益受到重视。钛合金液态状态下，特别是在高温液态下几乎能与所有的坩埚材料起作用。因此钛合金目前一般是用保护气氛或真空自耗电弧炉进行熔炼，炉衬采用铜制的水冷坩埚。浇注钛合金件时常采用真空自耗凝壳炉进行熔炼，由于熔炼时在水冷铜坩埚内形成了钛凝固层，所以称为真空凝壳熔炼。凝壳的存在使钛溶液不直接与水冷铜坩埚接触，可完全避免来自坩埚的污染，金属液注入铸型后，为了减少内部缺陷以及提高金属液的流动性，还可采用离心加压铸造。真空自耗电极凝壳电极熔炼法，虽然存在对原料的形

3、状有要求、废料难以回收和受熔炼速度制约等难以克服的缺点，但起具有结构简单、维持费用低、容易大型化等优点，因此，在钛铸造业中是使用最广泛的熔炼方法。炉料准备：自耗电极是电弧凝壳熔铸的炉料，另外在坩埚里还可预置少量的炉料。自耗电极又称铸钛母合金棒，它的合金成分应严格符合铸件要求。母合金来源主要有三种。1.铸锭:航空铸件应当采用真空自耗电弧炉生产的二次自耗熔炼铸锭，用作凝壳炉电极；而一般铸件则可采用一次锭。2.棒料:大铸锭可锻造成圆棒，经加工去除氧化皮并达到规定尺寸，用作凝壳炉母合金电极使用。3.回炉料：利用钛铸件废品和浇冒口等回炉料，是降低铸件生产成本的重要途径。用处理干净的回炉料制造的母合金电极

4、有两种，一种方法是将切成小块2 的回炉料，经吹砂酸洗后，装填入人造石墨的锭模中，在凝壳熔炼炉中浇入部分钛液，制成符合电极尺寸的棒料，它的密度虽然只有致密金属的 70%80%，但已具有足够的强度与导电率，完全符合自耗电极的使用要求；另一种方法是将回炉料一块一块地焊接成一根棒料。这样的自耗电极，表面不规则，在熔炼过程中，容易出现爬弧和侧弧，因此应尽量控制较短的电弧，保持较低的熔炼电压，避免因侧弧引发击穿坩埚的危险。教学目标教学目标 2：自耗电极真空凝壳熔炼工序 教学内容及过程设计：检査凝壳炉功能系统-淸理检査炉门-淸理检查坩祸-凝壳处理与装配-回炉料及引弧料放置-母合金电极装挂-铸型装卡-浇口杯安

5、装-离心浇注盘检査-炉腔抽至额定真空度-坩埚通冷却水-电源送电-下降电弧起弧-熔炼-起动离心盘-停弧、提升电极、翻转坩埚浇筑-冷却-出炉 教学目标教学目标 3：电弧凝壳炉操作的技术安全 教学内容及过程设计：在自耗电弧凝壳过程中，必须十分注意安全，避免发生炉体爆炸等恶性事故.在电弧凝壳熔炼实践中，可能发生的爆炸事故有以下五种：(1)清理炉膛后，悬浮在空气中的钛和镁的尘埃引起的爆炸(2)在熔炼过程中，真空泵停机，空气与真空泵油的混合物进入炉腔而引发的爆炸(3)熔炼时，真空密封橡胶烧融，产生橡胶蒸气与空气混合物而引起的爆炸(4)水蒸气爆炸(5)氢-空气混合物爆炸 前三种爆炸威力不大，只要凝壳炉设计合

6、理，操作得当，完全可以避免，后两种互相有联系，都是由于在熔炼操作时，电弧击穿水冷铜坩埚或电极杆，水进入炉内，与坩埚中高温液体钛发生作用而形成的。教学目标教学目标 4：钛合金铸造性能的影响因素 铸造性能是钛合金作为铸造材料的特性，它由钛合金的成分和铸造工艺所决定，设计钛铸件时必须充分考虑这些性能。首先考虑的第一个因素是流动性。流动性表示熔融金属流入铸型和充填铸型的能力。熔融金属填充铸型是一个复杂的流体动力学和物理化学过程。评定流动性必须考虑以下方面：i.铸造合金的性能包括液态金属的热物理性能、结晶特型、黏度、3 密度和氧化程度等。ii.铸型性能包括热物理性能、润湿性能、表面粗糙度、孔隙度和化学反应特性。iii.熔炼和浇筑条件包括金属过热度、浇注速度、浇注方式和熔铸气氛等。第二个需要考虑的钛合金铸造性能的影响因素是填充性（1）任何元素的添加，都将使钛的填充性变差。（2）在一定范围内，随着添加元素等的含量增加，填充性能随之下降，并且发现，锰、硅和铁等元素影响很大。除表面张力与润湿性外，熔融金属的黏度 对填充性也有一定影响。液体金属黏度受很多因素影响，其中包括合金的热物理性能、合金的结晶特性、初晶粒的形状和尺寸等，也均对填充件存在影响，反应产生的大量气体。离心浇注是改善钛合金薄壁铸件的填充性的最有效方法。