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1.真空镀钛的铸造成形
  钛元素在地壳中的储量仅次于铁、铝、铜,位居金属元素的第四位。而且,钦合金具有一系列优异的性能,因而获得越来越广泛的应用。真空镀钛依其应用背景可分为高温真空镀钛、结构真空镀钛和功能真空镀钛三种。真空镀钛的成形方法除铸造以外,还有锻造、超塑、焊接等方法。
  1.铸造真空镀钛的熔炼工艺
  钛是非常活泼的金属,在液态下,和氧、氮、氢和碳的反应相当快,因此真空镀钛熔炼必须在较高的真空度或惰性气体(ar或ne)保护下进行。熔炼用坩埚均采用水冷铜坩埚,具体的熔炼工艺主要有三种方式:
  (1)非自耗电极电弧炉熔炼 合金熔炼在真空或惰性气体保护下进行。该工艺主要为自耗电极熔炼制备电极。
  (2)真空自耗电极电弧炉熔炼 以钛或真空镀钛制成的自耗电极为阴极,以水冷铜坩埚为阳极。熔化了的电极以液滴形式进入坩埚,形成熔池。熔池表面被电弧加热,始终呈液态,底部和坩埚接触的四周受到强制冷却,产生自下而上的结晶。熔池内的金属液凝固后成为钛锭。
  (3)真空自耗电极凝壳护熔炼 熔炼装置示意图见图1。这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的,它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层真空镀钛固体薄壳,即所谓凝壳,这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬,用于形成熔池储存钛液,避免了坩埚对真空镀钛液的污染。浇注后,留在增损内的一层凝壳,可作为坩埚内衬继续使用。
  近年来,随着科技的发展及生产的需要,相继研究开发了熔炼真空镀钛及其他活性金属的新方法及装备,主要有电子束炉、等离子体炉、真空感应炉等,并获得一定程度的应用。但从耗电量、熔化速度、成本等技术经济指标对比来看,自耗电极电弧炉(含凝壳炉)熔炼仍是目前最经济适用的熔炼方法,见表1。
  2.钦合金的铸造工艺
  由于钛元素的物理-化学特性,使得真空镀钛的铸造工艺,无论是造型材料率是工艺方法均有其独特的要求和特点。一是要求耐火度非常高的造型材料;二是浇注必须在较高的真空度或惰性气体的保护下进行,有时还要附以离心力。其铸造工艺种类如下:
  (1)永久铸型 主要有加工石墨型、金属型(铁铸型、钛铸型)。铸型均系机械加工制成。生产的铸件结构相对比较简单,尺寸精度较低;一般应用于毛坯件的生产。
  (2)一次性铸型 可以生产形状比较复杂、尺寸精度较高的铸件。按其造型方法,有捣实石墨砂型和熔模型壳两种。后者可以制造更为复杂(壁厚2mm)、尺寸精度高和表面粗糙度低(ra3.2)的铸件。接型壳材料不同,熔模型壳又分为三种不同的系统。
  1)纯石墨型壳系统。用不同粒度的石墨粉作为耐火填料和撒砂材料,以树脂为粘接剂。型壳强度高、重量轻、成本低,原料来源广泛。适于离心或重力浇注。
  2)难熔金属面层型壳系统。为复合型系统,除面层因造型材料不同(钨粉等难熔金属)需采取特殊工艺外,背层从造型材料到制壳工艺均同于铸钢的熔模铸造。
  3)氧化物陶瓷型壳系统。型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料,因而型壳强度高,热导率在三种型壳中最小,适于浇注形状复杂的薄壁铸件。
  用以上三种型壳系统浇注的钛铸件,在化学成分和力学性能方面差别很小;但表面质量有明显差别,后两种型壳的收缩率明显小于石墨型壳,因而铸件尺寸精度。
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