簡要概述:鈦合金鑄件可用于制造飛機導向葉片、飛機葉輪以及發動機機匣支承等。鈦合金安全無毒、無重金屬析出,醫療輔助器械、人體假肢等多以鑄造鈦合金為材質。
濰坊鈦合金鑄造是一項具有挑戰性但應用前景廣闊的工藝,以下從工藝特點、鑄造方法、應用領域、發展趨勢及注意事項幾個方面展開介紹:
工藝特點
高化學活性:鈦合金在熔融狀態下具有高化學活性,需與常用耐火材料發生化學反應,熔煉和鑄造成形難度大,必須使用專用的造型材料、造型工藝以及熔煉與鑄造設備。
收縮與縮孔:金屬及合金的收縮體現在金屬從液態冷卻至低溫時體積和線性尺寸上的變化。工業純鈦的線收縮率為1.0% - 1.1%,鈦合金的線收縮較工業純鈦大,例如Ti - 6Al - 4V線收縮率為1.2% - 1.5%,Ti - 5Al線收縮率為1.45% - 1.6%。金屬的體積收縮反應在鑄件縮孔、縮松缺陷的大小,鑄造鈦合金凝固期內的收縮與結晶間隔、冷卻速度及氣體析出情況有關。
形成氣體缺陷的傾向性:鈦屬活潑金屬,對氣體的親和力很大,在熔煉澆注過程中,熔融鈦吸收氣體的來源很多,如爐料中含有的吸附氣體、真空度不高時爐內的殘余氣體和漏氣時進入爐內的氣體等。鈦合金鑄件產生氣體缺陷的程度與澆注溫度有關,澆注溫度低,在鑄件中容易形成較多的氣體缺陷,并且在鑄件上部比較嚴重;隨著澆注溫度的升高,氣體缺陷有所下降,但在一定條件下,過高的溫度使得液態與鑄型反應加劇,使鑄件氣體缺陷變得更加嚴重。
抗裂性:鑄件在凝固冷卻過程中由于收縮、相變與鑄件不同部位的溫差所引起的鑄造應力,會導致裂紋產生,一般分為熱裂紋與冷裂紋。鈦及鈦合金具有較高的抗熱裂的特性,甚至采用無退讓性的石墨型芯時,也能獲得無熱裂的鈦鑄件。表面裂紋是鈦鑄件最常見的缺陷,按其形態及形成條件,表面裂紋應屬于冷裂紋。
鑄造方法
熔模精密鑄造:即過去的失蠟法鑄造,是一種將切削降低到最小的鑄造工藝,適用范圍廣,生產出的鑄件比其他鑄造方法尺寸更精準、表面質量更高,特別適合用于鑄造結構復雜、加工困難、耐高溫的鑄件,不僅能明顯提升鈦合金的性能和利用率,還能有效降低生產成本。
金屬型鑄造:在鈦合金鑄造領域中,用作鑄型的金屬材料主要有銅、鋼、鑄鐵、鎢、鉬等,與石墨加工型一起統稱為硬模系統。由于存在著工藝上的分型等難點,這種方法很難制造出復雜形狀的鈦鑄件,而大多只在特定的鑄件上使用。
金屬面層陶瓷型殼鑄造:采用難熔金屬鎢粉作為耐火材料,金屬鎢的熔點高,與鈦液接觸時化學穩定性好,但是鎢粉應具有較高的純度,雜質含量不能超過規定標準,否則將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必需采用溶劑脫蠟,而且在特制的脫蠟槽中進行,對人體健康有很大的傷害,同時也污染環境。
離心鑄造:通過離心鑄造工藝可制備Φ300×6000mm級管狀鑄錠,壁厚公差控制在±1.5mm以內。
應用領域
航空航天:在航空領域,鈦合金鑄件可用于制造飛機導向葉片、飛機葉輪以及發動機機匣支承等。我國自主研制的國產大飛機C919就采用了大量鈦合金鑄件制造機身外殼。未來隨著我國航空航天技術不斷進步,鈦合金鑄件應用需求將進一步增長。在航天領域中,濰坊鈦合金鑄件主要用于導彈、航天飛機飛船、人造衛星等。
汽車制造:可用于制造汽車發動機的關鍵零部件等,有助于減輕汽車重量,提高燃油效率和性能。
船舶制造:憑借其耐腐蝕等特性,可用于制造船舶的一些重要部件,提高船舶的可靠性和使用壽命。
醫療衛生:鈦合金安全無毒、無重金屬析出,醫療輔助器械、人體假肢等多以鑄造鈦合金為材質。牙科醫療中幾乎全部試用過的牙科醫療鑄件由工業純鈦和Ti - 6Al - 4V合金制成,具有良好生物相容性、機械性能和抗腐蝕性能。
石油化工:鈦和鈦合金耐腐蝕,石油化工等行業中的容積泵、換熱器、壓縮機和反應器等大型設備常采用耐腐蝕的鈦鑄件,市場需求大。
運動休閑:鈦及鈦合金密度小、性能好,用于高爾夫球桿、球頭、網球拍、羽毛球拍和釣具等運動器械,產品重量輕、質量有保障,深受大眾歡迎。