鈦鑄件及大型鈦棒鑄造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

我國(guó)的鈦鑄造90%以上熔煉與鑄造設(shè)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(diǎn)高，與鈦液接觸時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性好，但是鎢粉應(yīng)具有較高的純度，雜質(zhì)含量不能超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，否則將影響鈦鑄件的品質(zhì)。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(jìn)行，對(duì)人體健康有很大的傷害，同時(shí)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(jìn)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(shí)很容易與液鈦反應(yīng)，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(jià)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(yáng)極；大電流熔煉，鈦電極的熔化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈦的凝結(jié)速度，熔化了的電極以液滴形式進(jìn)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(qiáng)制冷卻，產(chǎn)生自下而上的結(jié)晶。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維持費(fèi)用低、大型化容易等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是澆注溫度難以調(diào)節(jié)和控制，一?；『?，金屬液必須在3~5秒內(nèi)全部從坩堝倒出，否則溫度急劇下降，金屬液過(guò)熱度不高，使得液體流動(dòng)性和補(bǔ)縮能力較差。自耗電極電弧熔煉對(duì)電極的質(zhì)量要求很高，要求電極內(nèi)部組織致密。熔煉過(guò)程中危險(xiǎn)性較大，稍微操作不慎將會(huì)出現(xiàn)電弧損壞坩堝，造成坩堝外壁強(qiáng)制冷卻的循環(huán)水進(jìn)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(shù)的發(fā)展和日益成熟，加上熱等靜壓（HIP）技術(shù)的誕生和在鈦合金鑄件方面的成功應(yīng)用，較好的解決了鑄件的質(zhì)量問(wèn)題，提高了鑄件的可靠性。從20世紀(jì)80年代以后，鈦及鈦合金鑄件在航空、航天及其他方面的應(yīng)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(yīng)用范圍已經(jīng)從早期的受力不大的非關(guān)鍵靜止結(jié)構(gòu)件發(fā)展到成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的構(gòu)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(dòng)機(jī)對(duì)推重比和剛度要求的提高，要求其中的一些關(guān)鍵鈦合金構(gòu)件做成大型復(fù)雜薄壁的整件精鑄件。一些先進(jìn)的航空大型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣、中介機(jī)匣、前機(jī)匣、壓縮機(jī)機(jī)匣等都開始使用鈦合金精鑄件。大型客機(jī)的導(dǎo)風(fēng)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(lái)的構(gòu)件。軍用飛機(jī)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(dòng)勾、機(jī)翼上受力物件、方向舵轉(zhuǎn)動(dòng)裝置支架、變速裝置殼件、吊架支撐附件等，實(shí)踐證實(shí)了鈦合金鑄件在飛機(jī)上的應(yīng)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(jī)的某些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工、緊固、裝配等都變得比原來(lái)未使用鈦合金鑄件時(shí)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化了，從而大大降低了飛機(jī)的制造成本。鈦合金鑄件在航天領(lǐng)域中主要用于導(dǎo)彈、航天飛機(jī)飛船、人造衛(wèi)星。其應(yīng)用部位主要為：導(dǎo)彈殼體、尾翼、舵翼及連接座等，航天飛機(jī)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(xué)玻璃相當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)，也應(yīng)用于人造衛(wèi)星及其他光學(xué)儀器的托框、基座、連結(jié)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(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用于化工、造紙、石油、制堿、冶金、農(nóng)藥等工業(yè)。主要應(yīng)用產(chǎn)品是以工業(yè)純鈦和鈦—鈀合金為材質(zhì)的鑄造鈦泵、鈦風(fēng)機(jī)，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。