钛铝金属间化合物熔模壳型铸造工艺

HEATS

    钛铝基合金是一种理想的耐高温、轻质量的结构材料，有望广泛应用于航空航天和汽车等领域的热端部件。但由于该类零件本身结构复杂，钛铝基合金室温强度、硬度均较高，因此采用传统机械加工技术势必使其成本大幅上升。近年来国外采用真空低压吸铸（CLV）法及永久模压铸法，解决了钛铝基合金铸件的填充和补缩问题。铸造出了叶轮和压气机阀等高温结构件，考核试验表明此类铸件具有良好的使用性能，且其成本远低于变形合金。在解决了以下关键工艺技术后,运用熔模精密铸造技术完全可以制造出高性能、低成本的钛铝基高温结构零件：
    铸造钛铝基合金粗大的各向异性组织；
    严格控制间隙元素氮及其化合物在其中对材料性能造成的不利影响；
    在真空熔炼条件下，由于合金元素（特别是铝、铬）挥发造成的合金成分波动对性能产生的不利影响。
    钛及其合金熔模铸造技术是伴随航空航天工业的发展而发展起来的。并且在各类钛合金结构件制造中得到了广泛的应用。从目前国内外发展趋势看钛及其合金熔模铸造技术已成为几种近净形成形工艺中发展最快且适用性最广的一种。但是，随着钛及其合金铸件应用范围的不断扩大，在保证质量的前提下，成本控制也是限制其广泛应用的一个重要指标。
    石墨型虽然成本低廉，但其零件表面质量较差，且对于净形、近净形铸件表面易形成渗碳污染，同时也难于制造薄壁、复杂形状零件。难熔金属面层陶瓷型壳具有强度高、对钛液具有很高的化学稳定性，可制造优质大型的复杂铸件。但是，由于其导热性及热容较高，难以制造超薄壁铸件（δ≤1.5mm），同时由于其工艺过程复杂、原材料成本偏高导致其产品竞争力下降。美国PCC公司采用化学稳定性最高的氧化钍（ThO2）面层型壳工艺，已生产出各种大型复杂铸件，但型壳放射性问题无法解决。德国HITAL公司用电熔氧化钇（Y2O3）生产钛精铸件，已浇铸出薄壁钛铝铸件，但由于氧化钇成本太高难以推广。日本三建造船（株式会社）发展了氧化钙（CaO）型壳工艺生产小型钛铸件，但型壳制造及保存工艺相当复杂。
    运用新型精铸模壳，ISM熔炼及离心浇注工艺，课题组完成了主涡流器零件的毛胚制造。成分符合设计要求，氮含量≤0.5×10-5、氧含量≤0.35×10-3。铸件表面呈银白色，轮廓清晰，物流痕和冷隔。铸件经金相观察发现枝晶间存在铸造裂纹。经过12800C、3小时、200MP热等静压处理可消除大部分微孔及裂纹缺陷。