鈦合金熔模 鑄造件是依靠現代材料學、化學、真空冶金學、加工技術、高分辨率和高準確度的無損檢測技術以及計算機輔助設計及制造技術等實現的高技術產品,已較為廣泛地應用于航空、航天、船舶、化工、體育等多該。
實際生產中,鈦合金鑄件表面容易產生微裂紋,這種裂紋肉眼難以發現,需要通過熒光等滲透檢驗的方法發現。這種缺陷的 過程中存在 量較大而且容易反復出現的問題,這將延長鑄件的交付周期、增加制造成本,甚至由于 失敗造成鑄件報廢。目前對于這種裂紋如何形成、為什么容易反復產生的原因 還較少,文中將通過對表面微裂紋形貌觀察、表面組織觀察、化學元素含量檢測、顯微硬度測試等手段對鈦合金熔模 鑄件的表層組織進行表征,并模擬鑄造應力下,表層組織對鑄件產生裂紋的影響。結合鈦合金熔模 鑄造工藝特點,提出減少表面微裂紋產生的建議措施。
在鈦合金熔模 鑄件制造過程中,表面會形成沾污層,目前對于表面沾污層的形成、測量、表征方面,眾多科技人員做了較多 。
鑄件表面微裂紋形貌的觀察結果表明其開裂類型為冷裂,該類裂紋是在鑄件冷卻過程中形成的。該類裂紋的 一般不超過α層的厚度。文中鑄件表層化學成分檢測結果和劉愛輝等人 結果表明,α層的形成主要是由于鈦合金中Ti的化學性質活潑,在澆注過程中易與鑄型面層材料發生反應,鑄型面層材料多為金屬氧 化物,反應過程中面層材料的O擴散到鈦合金中,形成了表面α層。α層在彎曲情況下,比內部 易于開裂,是鑄件裂紋產生的薄弱位置。實際生產中,鈦合金在與氧 化物面層鑄型形成帶有α層的鑄件。液態合金在凝固過程接觸型殼,進行熱量交換,溫度下降,先凝固,形成鑄件表面,鑄件內部后凝固。
結論
1)鈦合金熔模 鑄件的表層為片層組織粗大、硬度較高的富氧α層。在相同拉應力作用下或翹曲等應變的情況下,α層較鑄件內部組織 易于裂紋的萌生和擴展。α層的存在增加了鑄件裂紋產生的傾向性。
2)建議實際生產中采取如下措施減少鈦合金鑄件表面微裂紋的產生:圓盤式腳手架配件在設計鑄件時,適當增大過渡圓角,減少壁厚差,在設計澆注系統時,采用同時凝固設計方案,這有利于減少鑄造應力,進而減少表面微裂紋;對鈦合金鑄件采取打磨、酸洗等方法,去除表面α層,可以減少后工序中由補焊、熱處理、熱等靜壓等熱工藝過程引起微裂紋的產生。
對鈦鋁基合金鑄件發生裂紋的外貌進行觀察后發現,裂紋的表面呈暗灰色,說明裂紋是在高溫下形成的,為典型的熱裂紋。關于熱裂紋形成的溫度范圍和形成機理,至今仍有待深入 。主要存在以下兩種說法。
(1)熱裂是在凝固溫度范圍內近于固相線溫度時形成的,或者說是在 結晶溫度區間形成的,此時金屬液處于固一液態;
(2)熱裂是在凝固以后稍低于固相線溫度下形成的。
由于TiAI基合金具有高熔點、低密度、模量、低擴散系數、良好的結構穩定性及優良的抗氧 化性和性,成為航空航天尤其是未來超聲速飛行器的一種備選材料。其應用目的是要在 的應力和溫度范圍內替換較重的鎳基或鈦基合金,用TiAI基合金取代鎳基高溫合金作為飛機發動機的葉片是其應用目的之一。從已投產和正在研制的新一代商用飛機發動機來看,、新材料和新工藝是飛機發動機性能大幅提高的關鍵和亮點,TiAI基合金以其優良的特性成為飛機發動機葉片的理想材料。但是TiAI基合金的缺點是室溫塑性和韌性低及可加工性差,加工制造比較困難。熔模 鑄造的方法是一種近凈成形的加工方法,并且成本較低,可以解決TiAI基合金加工困難的問題。由于TiAI基合金的液固相區窄(50~100℃),合金導熱快、密度低,澆注時靜壓頭小,因此填充和補縮能力差。TiAI基合金凝固收縮率大,熱應力較大,鑄件易產生裂紋,鑄件的一次成型率較低。本章應用熔模 鑄造的方法,采用合適的工藝成功澆注出了TiAI基合金的葉片。