鈦鑄件及大型鈦棒鑄造技術的發(fā)展與應用

我國的鈦鑄造90%以上熔煉與鑄造設備都采用真空自耗電極電弧凝殼爐加離心鑄造。坩堝采用水冷銅坩堝，鈦液的最大澆注量為500 kg。金屬面層陶瓷型殼采用難熔金屬鎢粉作為耐火材料，金屬鎢的熔點高，與鈦液接觸時化學穩(wěn)定性好，但是鎢粉應具有較高的純度，雜質含量不能超過規(guī)定標準，否則將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必需采用溶劑脫蠟，而且在特制的脫蠟槽中進行，對人體健康有很大的傷害，同時也污染環(huán)境。鎢面層型殼高溫焙燒必須在還原性氣氛下進行，脫蠟后沉積在型殼外貌上的模料灰分很難燒化，在澆注時很容易與液鈦反應，在鑄件外貌形成氣孔。涂料漿工藝性能不好，懸浮性差，涂料漿壽命短，保存困難，價格昂貴。

自耗電極電弧熔煉法是以鈦或鈦合金制成的自耗電極為陰極，以水冷銅坩堝為陽極；大電流熔煉，鈦電極的熔化速度遠遠大于鈦的凝結速度，熔化了的電極以液滴形式進入坩堝，形成熔池；熔池表面被電弧加熱，始終呈液態(tài)，底部和坩堝接觸的四周受到循環(huán)水強制冷卻，產(chǎn)生自下而上的結晶。這種方法具有結構簡單、維持費用低、大型化容易等優(yōu)點，缺點是澆注溫度難以調節(jié)和控制，一停弧后，金屬液必須在3~5秒內全部從坩堝倒出，否則溫度急劇下降，金屬液過熱度不高，使得液體流動性和補縮能力較差。自耗電極電弧熔煉對電極的質量要求很高，要求電極內部組織致密。熔煉過程中危險性較大，稍微操作不慎將會出現(xiàn)電弧損壞坩堝，造成坩堝外壁強制冷卻的循環(huán)水進入坩堝，污染鈦液，水蒸氣損壞真空泵系統(tǒng)。

隨著鈦棒及鈦合金鑄造技術的發(fā)展和日益成熟，加上熱等靜壓（HIP）技術的誕生和在鈦合金鑄件方面的成功應用，較好的解決了鑄件的質量問題，提高了鑄件的可靠性。從20世紀80年代以后，鈦及鈦合金鑄件在航空、航天及其他方面的應用每年以20%的速度遞增。鑄造工藝方面，目前已經(jīng)由單件鑄造發(fā)展到幾件或幾十件零件組合成的大型整體鑄件。應用范圍已經(jīng)從早期的受力不大的非關鍵靜止結構件發(fā)展到成為航空發(fā)動機中的構件組成部分，完全取代了一些變形鈦合金、鋁合金、鋼件。隨著航空發(fā)動機對推重比和剛度要求的提高，要求其中的一些關鍵鈦合金構件做成大型復雜薄壁的整件精鑄件。一些先進的航空大型渦輪發(fā)動機風扇機匣、中介機匣、前機匣、壓縮機機匣等都開始使用鈦合金精鑄件。大型客機的導風管、隔熱屏、支架、框架、耳軸、支撐架、剎車殼體、等也都以鈦合金精鑄件替代原來的構件。軍用飛機方面，鈦合金鑄件的使用也逐步在增加，如：支座、框架、支架、制動勾、機翼上受力物件、方向舵轉動裝置支架、變速裝置殼件、吊架支撐附件等，實踐證實了鈦合金鑄件在飛機上的應用是成功、可靠的。不僅如此，在生產(chǎn)成本上，由于使用了鈦合金鑄件，使飛機的某些機構的設計、加工、緊固、裝配等都變得比原來未使用鈦合金鑄件時的機構簡化了，從而大大降低了飛機的制造成本。鈦合金鑄件在航天領域中主要用于導彈、航天飛機飛船、人造衛(wèi)星。其應用部位主要為：導彈殼體、尾翼、舵翼及連接座等，航天飛機和飛船支架、框架、支座、附件、殼體等，由于鈦合金鑄件具有高的剛性、輕的重量和光學玻璃相當?shù)臒崤蛎浵禂?shù)，也應用于人造衛(wèi)星及其他光學儀器的托框、基座、連結架以及殼體等。

鈦棒及鈦合金鑄件在日常工業(yè)生產(chǎn)方面也有著廣泛的應用領域。由于鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，是化工及其他耐腐蝕工業(yè)的不可替代的材料。廣泛應用于化工、造紙、石油、制堿、冶金、農(nóng)藥等工業(yè)。主要應用產(chǎn)品是以工業(yè)純鈦和鈦—鈀合金為材質的鑄造鈦泵、鈦風機，各種不同類型的閥門，如：截止閥、球閥、旋塞閥、閘閥、蝶閥、止回閥等。