[发明专利]一种TiAl基合金排气阀的铸造成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiAl基合金铸件的铸造方法。

背景技术

TiAl基合金具有这样的优异性能：比重小(3.9-4.1g/cm³)，耐高温，高温抗氧化能力强，弹性模量高等，同时，还具有较好的抗蠕变性能和一定的室温塑性和强度。这些优异的性能特征，使TiAl基合金具有更广泛的适用范围，成为近年来最具应用前景的材料之一。目前，钛合金的铸造方法主要有重力铸造、离心铸造、熔模铸造等。如汽车的排气阀、发动机气门、手表外壳、钛工艺品等，由于TiAl基合金在液态状态下流动性差，并且从液态向固态转变过程收缩量大，采用常规重力铸造方法成型TiAl基合金难度较大，铸件内容易产生缩松、缩孔等缺陷；离心铸造方法能够成形，但工艺复杂、材料利用率很低、生产周期长，而且该方法工作量大，对于设备和工装的要求较高，成本高；熔模铸造方法成型工艺过于复杂，TiAl基合金熔体会与陶瓷型壳发生反应，铸件表面质量差，后续加工周期长。这些问题的存在，使得TiAl基合金的成型和应用受到了极大程度的限制。因此，推广TiAl基合金的应用首先要解决的问题就是开发一种简便易行的成型方法。

发明内容

本发明为解决现有的钛铝基合金排气阀的重力铸造难于使其顺利充型、内部质量难以保证，离心铸造方法工艺复杂、材料利用率低及铸造工艺过于复杂、表面质量差的技术问题，进而提供一种TiAl基合金排气阀的铸造成形方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的一种TiAl基合金排气阀的铸造成形方法是按照以下步骤进行：

步骤一、制造排气阀金属模具，排气阀金属模具的中部加工有型腔，排气阀金属模具的内部加工有两个排气通道，两个排气通道并列布置在型腔的两侧，排气通道的上端与型腔连通，排气通道的下端与模具的底部相抵，模具的上表面开有环形密封凹槽，排气阀金属模具的浇口位于环形密封凹槽内；

步骤二、将第一密封圈安装在模座上，将第二密封圈安装在环形密封凹槽内，熔炼炉的吸铸室安装在模座上，将步骤一制造的排气阀金属模具7放在熔炼炉的吸铸室内，并安装在模座上；

步骤三、石墨吸口安装在水冷铜坩埚上，使石墨吸口与排气阀金属模具的浇口对准；

步骤四、将预先熔炼好的TiAl基合金锭放入真空电弧熔炼炉的吸铸坩埚内，再将熔炼室抽真空至0.02Pa～0.5Pa，接着通入保护气体至压力为40kPa～60kPa，将锭块重新熔炼，熔炼电流为100A～500A，熔炼2min～4min后，增大电弧电流至400A～650A，并保持1min～2min，得到过热熔体；

步骤五、开启真空电弧熔炼炉的吸铸室的真空系统，开启吸铸按钮，同时将熔炼电流增加至600～850A，步骤四得到的过热熔体在真空压力差和自身重力的压力综合作用下，通过石墨吸口迅速充满排气阀金属模具的型腔，待排气阀金属模具的型腔内的铸件冷却至室温后，将吸铸室释放真空，打开排气阀金属模具，得到铸件。

本发明的有益效果是：本发明的实际操作过程是在非自耗真空电弧炉中进行，设备简单，容易操作，无需复杂的工装和配套装置，简便易行。

本发明的排气阀模具采用金属模具，避免了制作陶瓷型壳复杂的工艺和冗繁的工序，生产效率高；熔炼的合金熔体与排气阀模具不发生反应，制备的排气阀铸件表面质量好，后续加工少；经显微结构观察，冷却速度快，铸件晶粒细小，组织致密。

本发明的合金熔炼在氩气的真空保护下进行，合金熔体不易氧化，低熔点元素挥发量小；合金的熔炼在水冷铜坩埚中进行，与坩埚接触的TiAl基合金会形成薄薄一层凝壳，将合金熔体与坩埚隔开，防止合金熔体受到污染。整个过程，合金熔体受到间隙元素影响小、合金纯净度高，铝挥发量小、成分容易保证。

本发明由于排气阀模具设有有通气通道，因此排气阀模具内产生负压，液态的钛合金或钛铝基合金在自身重力和压差的作用下，定向流动，向排气阀模具的型腔中浇注金属液，并将排气阀铸件型腔填满；待铸件冷却一段时间后，释放真空，打开排气阀模具，得到完整铸件，铸件尺寸精度和表面光洁度高，克服了现有技术铸件浇不足，易开裂的缺点。

本发明中合金熔体在重力与气体压力双重作用下充型，充型速度快，充型能力强，所需要的过热度低。合金熔体充型后在正压力场下凝固，补缩能力好，减少了缩孔、缩松等缺陷的产生。本发明能够广泛应用到钛铝基合金排气阀铸件的生产上，铸件的成形质量高，优于熔模精密铸造的精度。本发明的成品率≥92％。

附图说明