[发明专利]一种预防钛铝基合金铸造裂纹的方法

说明书

本发明涉及一种预防钛铝基合金铸造裂纹的方法，针对限制钛铝基合金工程应用的铸造裂纹问题，提出了多重热处理技术。通过综合浇注前型壳预热、浇注后保温和缓慢冷却等多种热处理工艺，可以明显提高金属液的流动充形能力、降低铸造残余应力，有效预防钛铝铸造裂纹的产生，从而获得成型完整、无裂纹的钛铝铸件，尺寸精度可以达到CT6级，表面粗糙度可以达到3.2μm，适用于钛铝基合金扩压器、低压涡轮叶片、涡轮增压器叶轮等铸件的研制，推动钛铝基合金的工程化应用。

技术领域

本发明属于钛铝基合金铸造及热处理工艺技术领域，具体涉及一种预防钛铝基合金铸造裂纹的方法。

背景技术

随着航空、航天技术以及汽车工业的飞速发展，各种新型飞行器的飞行距离、飞行速度、灵活性能的提高，对轻质、高强、耐热材料及其精密成型技术提出了越来越高的要求。钛铝基合金(也称钛铝系金属间化合物)是一种新型轻质、高温结构材料，密度仅为镍基合金的50％左右，兼有金属和陶瓷的性能，不仅具有轻质、高比强、高比刚、腐蚀、耐磨、耐高温以及优异的抗氧化性等优点，使用温度可达600～1000℃，可以广泛应用于航空、航天发动机叶片、燃烧室机匣、扩压器，以及汽车发动机涡轮增压器叶轮等等，成为航空航天及汽车发动机用耐热结构件极具竞争力的材料，主要包括TiAl、Ti3Al、Ti2AlNb三大类合金。

但是钛铝基合金室温塑性低、成型性差、收缩率大，γ-TiAl合金室温塑性仅为0.5％～4％，Ti3Al、Ti2AlNb室温塑性在2％～8％之间，铸造过程经历液态凝固、冷却收缩，合金容易产生较大应力，导致产生裂纹，且钛铝基合金由于室温塑性低，裂纹缺陷的可修复性非常差，造成铸件质量问题甚至直接报废，成为限制钛铝基合金工程化应用的瓶颈问题。

铸造过程的液态充形、液态凝固、冷却收缩等过程均与传热过程密切相关，因此通过热处理控制传质、传热过程，改善应力状态，预防产生裂纹，成为推动钛铝基合金研制和工程应用的关键。

发明内容

本发明的目的是：提供一种预防钛铝基合金铸造裂纹的多重热处理技术，通过对钛铝基合金浇注前和浇注后分别进行热处理，可以降低铸造过程散热速度、改善金属液的流动充形能力、降低铸件冷却速度、降低铸造残余应力，达到预防钛铝铸造裂纹的目的，从而获得成型完整、没有裂纹钛铝铸件，推动钛铝基合金的工程化应用。

本发明的技术方案

提供一种预防钛铝基合金铸造裂纹的方法，包括如下步骤：

步骤1、浇注前预热

在熔炼浇注前将熔模型壳进行预热，预热温度为400～1000℃，保温时间为2～5h；

步骤2、熔炼浇注

预热后将熔模型壳置于钛铝基合金熔炼浇注设备，进行合金熔炼和浇注充形，所述熔炼浇注设备为真空自耗凝壳炉或水冷铜坩埚真空感应炉，浇注充形为静止浇注或离心浇注；

步骤3、浇注后保温和冷却

熔炼浇注后，对型壳和铸件一起进行保温，保温温度为500～900℃，保温时间2～4h，保温后型壳和铸件随炉冷却到400℃以下出炉，空冷至室温。

进一步的，步骤1之前，在陶瓷型壳表面包裹10～30mm厚的耐热石棉。

另一种预防钛铝基合金铸造裂纹的方法，包括如下步骤：

步骤1、浇注前预热

将陶瓷型壳放进砂箱，型壳与砂箱之间用耐火砂料填实，对砂箱进行预热，预热温度为400～1000℃，保温时间为2～5h；

步骤2、熔炼浇注

预热后将陶瓷型壳和砂箱整体置于钛铝基合金熔炼浇注设备中，进行合金熔炼和浇注充形，所述熔炼浇注设备为真空自耗凝壳炉或水冷铜坩埚真空感应炉，浇注充形为静止浇注或离心浇注；