【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料铸造领域，特别是涉及一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法及熔铸装置。
技术介绍
1、钛合金具有比强度高、耐腐蚀、耐高温、耐低温、无磁、可焊、生物相容性好等优异的综合性能，被誉为“万能金属”，在航空航天、核工业、兵器、海洋、石油、化工、医疗、日常生活等众多领域都有着重要用途。近年来，钛合金民用化的趋势日趋明显，但钛合金化学活性高、难加工的特点及其特点带来的高昂的生产成本，严重限制了钛合金在民用市场上的普及。如何降低钛合金结构件生产成本、增加钛及钛合金产品的市场普及率，已成为当下研究的重点。
2、钛合金在熔铸过程中低成本控制主要从以下几个方面考虑：一是回收残钛以及用低廉的元素代替高昂的合金元素；二是提高熔炼质量并提升金属利用率；三是采用低成本的铸型材料。
3、在钛合金熔铸方面，目前国内应用最为广泛的钛合金真空自耗电弧熔炼技术，即：使用真空自耗电极凝壳炉熔化预先制备好的钛锭，熔化金属量到达预定范围时翻转坩埚，将熔融金属液倒入下方放置的铸型内，完成钛合金铸件的浇注。但由于真空自耗电极凝壳炉自身结构及熔炼工艺的特点，通过常规方法无法在熔铸前或熔铸过程中补充残钛，残钛的回收利用极为有限，而设备具备的电磁搅拌功能也未得到充分利用。选用其他熔炼技术需购置专用设备，经济成本投入比较高，如对凝壳炉进行改造则同样面临高成本问题，而且风险较高。同时，熔铸后的钛锭端面不平整，再次利用时通常需要加工至平整状态再进行焊接，材料利用率较低。
4、在铸型材料选用方面，目前国内应用最为广泛的是石墨铸型工艺
5、民用钛及钛合金铸件，多用于正常工况下(非高温、高压、超低温等)，如石油化工、休闲体育等领域，因而其对力学性能、持久性能等指标的要求通常低于航空航天等领域使用的高端钛合金铸件，故而其化学成分具备较大的调整空间，这为回收残钛以及使用低廉的元素代替高昂的合金元素奠定基础。同时，多数民用钛及钛合金铸件内部质量、表面质量指标要求一般低于高端钛合金铸件，因而在较低的指标要求下，实现钛合金铸件完整成形便成为铸件生产的重点，而不必过分关注产品内部质量及表面质量情况。而民用钛及钛合金铸件的成本主要集中在原材料选用、熔炼和铸型制备上。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法及熔铸装置，以解决民用钛及钛合金铸件成本高的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，它包括以下步骤：
3、步骤1：通过回收钛废料的电极制备；
4、步骤1.1：选择端头处呈中心内凹形状的熔铸后的回收钛锭作为原料，或控制真空自耗电极凝壳炉参数，使得钛及钛合金铸锭熔铸后的回收钛锭端头呈中心内凹的形状；
5、步骤1.2：根据多炉次浇注后剩余的回收钛锭长度，选择相适应的车床或锯床，根据回收钛锭端头的实际形状，确定切除的尺寸，尺寸确定后将回收钛锭固定，进行车加工或锯加工，使得回收钛锭上下端面平行，且用于焊接的端面具有焊接坡口；
6、步骤1.3：按照回收钛锭端头内凹处的体积选取并置入回收钛料，使得回收钛锭端头内凹处尽可能多的容纳回收钛料，将回收钛料之间两两进行点焊连接并与回收钛锭内凹处的内表面进行点焊连接，形成填料短钛锭，分别称取回收钛锭的重量及添加回收钛料后的填料短钛锭的重量，并做记录；
7、步骤1.4：当回收钛料超出回收钛锭端面时，则在后续焊接其他回收钛锭时将其内凹朝下，保证两个填料短钛锭之间的焊接；
8、步骤1.5：根据实际浇注金属量，将多个填料短钛锭进行焊接，制作成熔炼浇注用的焊后长钛锭，所述焊后长钛锭的端面用焊丝焊成网状或直接焊接薄钛板，根据实际熔铸金属量及各填料短钛锭的重量，确定断电浇注时焊后长钛锭的位置，并在该位置焊接一处或多处浇注点块，所述浇注点块熔完即可断电浇注；
9、步骤2：根据民用钛及钛合金铸件的结构和尺寸大小制备铸型；
10、步骤3：准确控制浇注金属量的熔炼浇注；
11、步骤3.1：模拟民用钛合金铸件产品浇注数量、浇道大小及位置和浇冒口大小，并考虑坩埚壳增重、金属喷溅和浇注压头因素，计算出理论所需熔铸金属量；
12、步骤3.2：熔铸前，对进入到坩埚内的原材料进行称量；
13、步骤3.3：根据产品结构特点，首选离心浇注；
14、步骤3.4：将焊后长钛锭安装到真空自耗电极凝壳炉电极杆上，关闭炉门后进行抽真空，达到设定真空度时开始熔化钛锭；
15、步骤3.5：观察钛锭熔化位置，当浇注点块开始融化时，控制真空自耗电极凝壳炉参数，降低电极杆，加大稳弧电流，使得熔铸后的钛锭端头呈中间内凹的形状，当浇注点块熔完即可断电，随后翻转坩埚将合金液到入铸型中，获得钛合金铸件。
16、更进一步的，所述步骤2制备的铸型为石墨铸型，包括以下步骤：
17、步骤2.1：根据民用钛及钛合金铸件的结构和尺寸大小，设计石墨型的结构；
18、步骤2.2：制备石墨铸型，采用回收石墨粉、机械加工石墨型加工后残留的石墨粉或二者混合作为铸型主体的耐火材料，采用硅溶胶、无水乙醇和酚醛树脂混合制备粘结剂，在回收石墨粉中倒入粘结剂，并加入一定量烧结助剂材料混合均匀，通过捣实或压制方式制备出捣实或压制石墨型；
19、步骤2.3：对于结构相对复杂的铸件，捣实或压制的石墨铸型局部由机械加工石墨型模块代替，捣实或压制的石墨铸型与机械加工石墨型通过定位销连接组装；
20、步骤2.4：将石墨铸型进行真空除气处理；
21、步骤2.5：根据设计图样及安装要求将石墨铸型进行组装；
22、步骤2.6：组装完成后，将石墨铸型整体进行浇注前预热。
23、更进一步的，所述步骤2.3中定位销为圆柱体钢块。
24、更进一步的，所述步骤2.4中石墨铸型的真空除气处理，温度控制在800℃～1000℃，保温2～3小时，真空度不大于0.02pa，保温结束后随炉冷却。
25、更进一步的，所述步骤2.6中石墨铸型整体的浇注前预热为预热温度150～300℃，保温时间1～4h，保温结束后随炉冷却。
26、更进一步的，所述步骤1.2中车床或锯床上设置配备水冷装置，确定切除的尺寸后，做出相应的对刀尺寸标记。
27、更进一步的，所述步骤1.3中回收钛料为经过处理后的钛合金铸件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：它包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2制备的铸型为石墨铸型，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2.3中定位销(9)为圆柱体钢块。
4.根据权利要求2所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2.4中石墨铸型的真空除气处理，温度控制在800℃～1000℃，保温2～3小时，真空度不大于0.02Pa，保温结束后随炉冷却。
5.根据权利要求2所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2.6中石墨铸型整体的浇注前预热为预热温度150～300℃，保温时间1～4h，保温结束后随炉冷却。
6.根据权利要求1所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤1.2中车床或锯床上设置配备水冷装置，确定切除的尺寸后，做出相应的对刀尺寸标记。
7.根据权利要求1所述的一种民用钛及钛合金
8.根据权利要求1所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤1.3中所述回收钛料(2)中添加铁、氮或氧元素，回收钛料(2)与回收钛锭(1)端面水平。
9.根据权利要求1所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤3.4中设定真空度≤3Pa。
10.一种用于实现民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法的熔铸装置，其特征在于：所述装置包括用于回收钛废料的电极系统、铸型和用于准确控制浇注金属量的熔炼浇注系统，通过电极系统、铸型和熔炼浇注系统实现权利要求1-9任意一项所述的民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸。
...【技术特征摘要】
1.一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：它包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2制备的铸型为石墨铸型，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2.3中定位销(9)为圆柱体钢块。
4.根据权利要求2所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2.4中石墨铸型的真空除气处理，温度控制在800℃～1000℃，保温2～3小时，真空度不大于0.02pa，保温结束后随炉冷却。
5.根据权利要求2所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤2.6中石墨铸型整体的浇注前预热为预热温度150～300℃，保温时间1～4h，保温结束后随炉冷却。
6.根据权利要求1所述的一种民用钛及钛合金铸件的低成本熔铸方法，其特征在于：所述步骤1.2中车床或锯床上设...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈帅奇，李东芳，张洋，刘振军，吴东辉，高龙，苏楠庭，韩程程，
申请(专利权)人：航天海鹰哈尔滨钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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