鈦鋁金屬間化合物熔模殼型鑄造工藝

    鈦鋁基合金是一種理想的耐高溫、輕質(zhì)量的結(jié)構(gòu)材料，有望廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車等領(lǐng)域的熱端部件。但由于該類零件本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鈦鋁基合金室溫強度、硬度均較高，因此采用傳統(tǒng)機械加工技術(shù)勢必使其成本大幅上升。近年來國外采用真空低壓吸鑄（CLV）法及永久模壓鑄法，解決了鈦鋁基合金鑄件的填充和補縮問題。鑄造出了葉輪和壓氣機閥等高溫結(jié)構(gòu)件，考核試驗表明此類鑄件具有良好的使用性能，且其成本遠低于變形合金。在解決了以下關(guān)鍵工藝技術(shù)后,運用熔模精密鑄造技術(shù)完全可以制造出高性能、低成本的鈦鋁基高溫結(jié)構(gòu)零件：
    鑄造鈦鋁基合金粗大的各向異性組織；
    嚴格控制間隙元素氮及其化合物在其中對材料性能造成的不利影響；
    在真空熔煉條件下，由于合金元素（特別是鋁、鉻）揮發(fā)造成的合金成分波動對性能產(chǎn)生的不利影響。
    鈦及其合金熔模鑄造技術(shù)是伴隨航空航天工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。并且在各類鈦合金結(jié)構(gòu)件制造中得到了廣泛的應(yīng)用。從目前國內(nèi)外發(fā)展趨勢看鈦及其合金熔模鑄造技術(shù)已成為幾種近凈形成形工藝中發(fā)展最快且適用性最廣的一種。但是，隨著鈦及其合金鑄件應(yīng)用范圍的不斷擴大，在保證質(zhì)量的前提下，成本控制也是限制其廣泛應(yīng)用的一個重要指標。
    石墨型雖然成本低廉，但其零件表面質(zhì)量較差，且對于凈形、近凈形鑄件表面易形成滲碳污染，同時也難于制造薄壁、復(fù)雜形狀零件。難熔金屬面層陶瓷型殼具有強度高、對鈦液具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，可制造優(yōu)質(zhì)大型的復(fù)雜鑄件。但是，由于其導(dǎo)熱性及熱容較高，難以制造超薄壁鑄件（δ≤1.5mm），同時由于其工藝過程復(fù)雜、原材料成本偏高導(dǎo)致其產(chǎn)品競爭力下降。美國PCC公司采用化學(xué)穩(wěn)定性最高的氧化釷（ThO2）面層型殼工藝，已生產(chǎn)出各種大型復(fù)雜鑄件，但型殼放射性問題無法解決。德國HITAL公司用電熔氧化釔（Y2O3）生產(chǎn)鈦精鑄件，已澆鑄出薄壁鈦鋁鑄件，但由于氧化釔成本太高難以推廣。日本三建造船（株式會社）發(fā)展了氧化鈣（CaO）型殼工藝生產(chǎn)小型鈦鑄件，但型殼制造及保存工藝相當復(fù)雜。
     運用新型精鑄模殼，ISM熔煉及離心澆注工藝，課題組完成了主渦流器零件的毛胚制造。成分符合設(shè)計要求，氮含量≤0.5×10-5、氧含量≤0.35×10-3。鑄件表面呈銀白色，輪廓清晰，物流痕和冷隔。鑄件經(jīng)金相觀察發(fā)現(xiàn)枝晶間存在鑄造裂紋。經(jīng)過12800C、3小時、200MP熱等靜壓處理可消除大部分微孔及裂紋缺陷。