一種TiAl金屬間化合物鑄錠的真空鑄造方法與流程
2023-06-15 14:44:11
本發明屬於材料加工技術領域，尤其是涉及一種TiAl金屬間化合物鑄錠錠的真空鑄造方法。
背景技術：
鈦鋁金屬間化合物密度小，強度大、硬度大，耐高溫性能強，其抗腐蝕性能及耐摩擦性能高，尤其是TiAl金屬間化合物因具有高比強度、高比剛度、耐蝕、耐磨、耐高溫以及優異的抗氧化性能等優點，正在成為當代航空航天工業、民用工業等領域的優秀候選結構材料之一，特別是在航空發動機葉片領域具有廣闊的應用前景。3D列印，或稱增材製造作為近年來興起的一種快速成型工藝，採用逐層鋪粉，雷射或電子束融化成型的方式，實現了精密部件的精加工成型，並且避免了鑄造過程出現的縮孔縮松等缺陷，成為一種新興的材料加工手段。
目前3D列印所用的粉料，一般通過熔煉後真空澆注成鑄錠，隨後二次熔煉並採用霧化法制粉的方式獲得，而在真空熔煉和澆注過程中，通常是在真空感應熔煉爐中熔煉保溫後澆注到模具中，由於模具預熱後需要經歷放入感應爐、抽真空、熔煉、澆注等過程，溫度會下降，同時合金錠中央容易出現縮孔，宏觀偏析等問題，造成鑄錠利用率下降，並且在後續切割過程中，縮孔內很容易附著汙物，且難以清除，同時鈦鋁金屬間化合物在液態下的反應活性非常高，容易與模具發生反應，對制粉造成影響，因而尋找一種減少鑄錠縮孔且避免與模具反應的鑄造方法具有重要的意義。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供了一種TiAl金屬間化合物錠的真空鑄造方法。
本發明完整的技術方案包括：
一種TiAl金屬間化合物錠的真空鑄造方法，包括如下步驟，將感應熔煉爐關閉，密封抽真空，開啟感應加熱方法進行加熱時熔化金屬，熔煉溫度為1750-1830℃，完全熔化後保溫5-10min後澆注，金屬熔體流入模具；
所述的模具高度為40-50cm，模具橫截面為矩形，尺寸為20cm*20cm，包括依次連接的第一邊、第二邊、第三邊和第四邊，模具底部設有水冷銅盤，水冷銅盤內有循環冷卻水通道，第一邊和第二邊一側設有水霧冷噴頭，第一邊和第二邊連接處為圓角過渡，第三邊和第四邊的拐角連接處設有電阻加熱體；
金屬熔體澆入模具後，模具底部的水冷銅盤在底部對模具進行冷卻，冷卻水量為10-15L/min，使熔體形成一個自下而上的縱向溫度梯度，水霧冷噴頭對模具的第一邊和第二邊進行冷卻，噴霧壓力為0.05-0.08Mpa，電阻加熱體對第三邊和第四邊的拐角連接處加熱，電阻加熱溫度為800-1000℃，使熔體形成一個從一側到另一側的橫向溫度梯度，
凝固結束後，脫模取出，切除第三邊和第四邊邊緣處的部分，得到合金鑄錠。
選擇的合金組分為按原子百分比包括Al：39-40％，Cr：1.2-1.5-％，Nb：1.6-1.8％，Si：0.05-0.11％，Mo：0.2-0.3％，V：2.2-2.8％，B：0.03-0.04％，La：0.02-0.04％，餘量為Ti。
本發明相對於現有技術的優點在於：
現有技術中鑄錠的生產一般採用圓柱形鑄錠，部分採用通過底部冷卻的方式使其凝固，上述方式帶來的問題是最後凝固部位位於鑄錠中心，形成沿鑄錠軸線的縮孔縮松，上述縮孔縮松在後續加工過程帶來非常大的麻煩，需要沿軸線切割，然後切除縮孔部分，本發明通過設計方形鑄錠，採用底部和兩側邊冷卻，另外兩側邊保溫的方式，形成斜向的溫度梯度，最後凝固部位集中在兩側邊的邊緣處，避免了中心處的縮孔，在後續加工中只需要完成一次切割即可，提高了鑄錠利用率和生產效率。
附圖說明
圖1為本發明所用鑄造模具正視圖。
圖2為本發明所用鑄造模具俯視圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。
選擇的合金組分為按原子百分比包括Al：39-40％，Cr：1.2-1.5-％，Nb：1.6-1.8％，Si：0.05-0.11％，Mo：0.2-0.3％，V：2.2-2.8％，B：0.03-0.04％，La：0.02-0.04％，餘量為Ti。
一種TiAl金屬間化合物鑄錠的真空鑄造方法，將感應熔煉爐關閉，密封抽真空到10-3-10-4pa，開啟感應加熱方法進行加熱時熔化合金，加熱功率為250-300KW，熔煉溫度為1750-1800℃，完全熔化後保溫5-10min後澆注，金屬熔體流入模具1；
所述的模具高度為40-50cm，模具橫截面為矩形，尺寸為20cm*20cm，包括依次連接的第一邊2、第二邊3、第三邊4和第四邊5，模具底部設有水冷銅盤6，水冷銅盤內有循環冷卻水通道7，該循環冷卻水通道為迷宮式結構，第一邊和第二邊一側設有水霧冷噴頭8，第一邊和第二邊連接處為圓角過渡，第三邊和第四邊的拐角連接處設有電阻加熱體9，該電阻加熱體為切割成扇形的爐膛，內嵌電阻爐絲，電阻絲連接電源，正對第三邊和第四邊的拐角連接處。
金屬熔體澆入模具後，模具底部的水冷銅盤在底部對模具進行冷卻，冷卻水量為10-15L/min，使熔體形成一個自下而上的縱向溫度梯度，水霧冷噴頭對模具的第一邊和第二邊進行冷卻，噴霧壓力為0.05-0.08Mpa，電阻加熱體對第三邊和第四邊的拐角連接處加熱，使熔體形成一個從一側到另一側的橫向溫度梯度，電阻加熱溫度為800-1000℃，
以上的縱向溫度梯度和橫向溫度形成一個斜向溫度梯度，使固液界面從第一邊和第二邊連接處的底部向第三邊和第四邊連接處的頂部推進，最後凝固部位位於第三邊和第四邊連接處附近，將縮孔縮松集中於此。
凝固時間為3-5min，凝固結束後，脫模取出，切除第三邊和第四邊邊緣處的部分，得到合金鑄錠。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。