一种高温Ti基合金铸件的热处理方法技术

一种高温Ti基合金铸件的热处理方法，在高温Ti基合金铸件凝固成形出炉后，连同砂箱一块进行热处理，能够消除铸件的内应力，抑制变形和裂纹萌生，避免开裂。凝固成形、砂箱出炉后，铸件连同砂箱一块进行热处理还可以节省清砂的时间、缩短工艺流程。所述高温Ti基合金包括无序固溶强化的近α型高温Ti合金和有序强化为主的TiAl合金。本发明专利技术减轻铸件的内应力，减小铸件的变形，提高了铸件的尺寸精度。另外，铸件凝固成形、出炉后，连同砂箱一块进行热处理可以节省清砂的时间，缩短工艺流程。

A heat treatment method of high temperature Ti based alloy casting

【技术实现步骤摘要】
一种高温Ti基合金铸件的热处理方法
本专利技术涉及热处理领域，特别涉及一种高温Ti基合金铸件的热处理方法。
技术介绍
高温Ti基合金以其优异的性能广泛的应用在航空、航天和汽车等领域。热处理是Ti基合金铸件凝固成形后需要完成的一步重要的热加工工序。合适的热处理工艺既可以去除内应力，提高尺寸精度，又可以减小开裂倾向，防止铸件开裂。高温Ti基合金铸件浇注完成后，一般会将铸件从砂箱中取出、表面清理后，进行后续的热等静压和热处理。由于铸件结构复杂、壁厚差异大以及相变等因素的影响，铸件残余应力或热应力较大，经常在铸件凝固成形后就会发生变形，甚至开裂。在公开号为CN108889903A的专利技术中公布了一种预防钛铝基合金铸造裂纹的方法。该方法是通过浇注前和浇注后分别进行热处理，从而达到预防钛铝铸造裂纹的目的。但此方法中浇注后的热处理是先将铸件和型壳从砂箱中取出，然后放进电炉中进行热处理。但此方法在转移铸件和型壳过程中会造成热量损失，铸件产生很大的内应力大，铸件容易变形，甚至开裂。在公开号为CN106984795A的专利技术中公布了铸造高温钛合金Ti55合金的控温凝固方法。该方法是在真空铸造设备中将型壳加热到600～950℃后恒温1～2小时，再进行浇注。凝固过程中，通过控制铸件的冷速，消除了铸造过程中产生的应力，避免微裂纹的产生。但此方法工艺复杂，对设备要求较高。在公开号为CN103266289A的专利技术中公布了Ti-40Al-10Fe合金空气冷却的热处理方法。该方法是将铸态样品先进行1000℃/12h热处理，然后升温至1200℃，保温6h，空冷至室温获得淬火样品。清洗试样后，将试样表面的氧化表面磨掉，试样抛光，进行1000℃/10h热处理，直接空冷至室温得到时效处理的试样，样品的开裂率稳定在0％。此方法是先获得完整、无缺陷的铸态试样，然后在针对这些试样提出的避免开裂的热处理方法。这种热处理方法适用于获得完整铸件后的进一步热处理，并不能解决形状复杂、薄壁、大型铸件在凝固成形后就容易发生开裂的问题。综上所述，目前关于高温Ti基合金铸件的热处理方法的报道较少，而热处理又是Ti基合金铸件凝固成形后需要完成的一步重要的热加工工序。因此，急需提出一种简单易行的高温Ti基合金铸件的热处理方法。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的凝固成形后容易变形和开裂的问题，本专利技术提出一种高温Ti基合金铸件的热处理方法。本专利技术所述的高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件和以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件。具体过程是：步骤1、原材料的准备；步骤2、制备陶瓷精铸型壳：通过涂挂模具、脱蜡和焙烧，得到陶瓷精铸型壳。所述制备泵壳体的陶瓷精铸型壳的具体过程是：第一步、涂挂模具。在3D打印的蜡模表面依次涂挂面层、过渡层、背层和封严层；所述面层涂挂在蜡模表面；所述的面层为2～4层，过渡层为2层，背层为3～5层，封严层为1层，每一层均涂挂两遍，使浆料完全浸润型壳。所述面层的材料为纯氧化钇粉，粘结剂为中性粘结剂；过渡层的材料为复合铝微粉，粘结剂为硅溶胶。背层和封严层涂挂材料均为莫来砂，粘结剂为硅溶胶。所述面层浆料粘度为4#杯28～32s，涂挂完成后干燥15～20h；过渡层浆料粘度为4#杯4～5s，涂挂完成后干燥8～12h；背层和封严层浆料粘度为5～6.5s，涂挂完成后干燥8～12h。第二步、脱蜡。将晾干的模具置于电热鼓风干燥箱中进行脱蜡处理；所述电热鼓风干燥箱的温度为120～130℃，保温1.5～2.5h。保温结束后该电热鼓风干燥箱继续升温至140～150℃保温1～2h，完成脱蜡，得到型壳。第三步、焙烧。将所述型壳放入320～350℃的高温箱式炉中保温1～2h；保温结束后，将该高温箱式炉继续升温至650～670℃并保温0.5～1.5h；保温结束后继续升温至950℃保温2h，完成该型壳的焙烧，得到泵壳体陶瓷精铸型壳。步骤3、准备砂箱；步骤4、确定铸造工艺：采用反重力铸造或重力铸造或离心铸造的方法，熔炼过程中真空度不低于10-1Pa。当所述高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件时，模壳预热温度850℃，保温；2h。砂箱出炉温度为650～850℃。当所述高温Ti基合金为以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件时，模壳预热温度650℃，保温；2h。砂箱出炉温度为500～700℃。步骤5、合金熔炼、浇注：将陶瓷型壳埋进装有石英砂的砂箱。将该砂箱放入真空熔炼炉中，使高温Ti基合金的合金锭熔化，得到高温Ti基合金合金的金属液。将所述金属液注入型壳中，完成浇注过程，铸件冷却、凝固成形。步骤6、热处理、铸件出炉：砂箱出炉；砂箱直接放进箱式电阻炉中进行热处理；热处理结束后，关闭箱式电阻炉的电源，炉冷至室温。从箱式炉中取出砂箱，清砂、清壳、切割浇冒系统，吹砂后得到铸件。当所述高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件时，砂箱的出炉温度为650～850℃；热处理温度为700～900℃，保温时间为3～6h。当所述高温Ti基合金为以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件时，砂箱的出炉温度为45～650℃，热处理温度为500～700℃，保温时间为3～6h。本专利技术在高温Ti基合金铸件凝固成形出炉后，连同砂箱一块进行热处理。高温Ti合金铸件经过500～700℃热处理、TiAl合金铸件经过700～900℃热处理，能够消除铸件的内应力，抑制变形和裂纹萌生，避免开裂。凝固成形、砂箱出炉后，铸件连同砂箱一块进行热处理还可以节省清砂的时间、缩短工艺流程。所述高温Ti基合金包括无序固溶强化的近α型高温Ti合金和有序强化为主的TiAl合金。本专利技术与现有技术相比较，图1与图2对比、图5与图6对比发现，铸件凝固成形、出炉后，连同砂箱一块进行热处理的铸件并未产生裂纹，而清砂之后，再进行热处理的铸件产生了明显的裂纹，说明连同砂箱一块进行热处理可以减少铸件转移过程中的热量损失，减少了铸件开倾向，避免铸件开裂。图3和图4对比发现，对于锥度为116°的圆锥形壳体零件，铸件凝固成形、出炉后，连同砂箱一块进行热处理得到的铸件锥度更接近零件锥度116°，表明连同砂箱一块热处理可以减少铸件的热量损失，减轻铸件的内应力，减小铸件的变形，提高了铸件的尺寸精度。另外，铸件凝固成形、出炉后，连同砂箱一块进行热处理可以节省清砂的时间，缩短工艺流程。附图说明图1为埋砂热处理的Ti-48Al-7Nb-2.5V-1Cr合金泵壳体铸件外观图。图2为未埋砂热处理的Ti-48Al-7Nb-2.5V-1Cr合金泵壳体铸件外观图。图3为埋砂热处理的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金圆锥形壳体类铸件外观图。图4为未埋砂热处理的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金圆锥形壳体类铸件外观图。图5为埋砂热处理的高温Ti55合金梅花试棒铸件外观图；其中，图5a为梅花试棒铸件外观图，图5b为梅花试棒横浇道外观图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温Ti基合金铸件的热处理方法，其特征在于，所述的高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件和以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件，具体过程是：/n步骤1、原材料的准备；/n步骤2、制备陶瓷精铸型壳：/n通过涂挂模具、脱蜡和焙烧，得到陶瓷精铸型壳；/n步骤3、准备砂箱；/n步骤4、确定铸造工艺：/n采用反重力铸造或重力铸造或离心铸造的方法，熔炼过程中真空度不低于10-/n1Pa；/n当所述高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件时，模壳预热温度850℃，保温；2h；砂箱出炉温度为650～850℃；/n当所述高温Ti基合金为以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件时，模壳预热温度650℃，保温；2h；砂箱出炉温度为500～700℃；/n步骤5、合金熔炼、浇注：/n将泵壳体陶瓷型壳埋进装有石英砂的砂箱；将该砂箱放入真空感应熔炼-反重力铸造炉中，使高温Ti基合金的合金锭熔化，得到高温Ti基合金合金的金属液；将所述金属液注入型壳中，完成浇注过程，铸件冷却、凝固成形；/n步骤6、热处理、铸件出炉：/n砂箱出炉；砂箱直接放进箱式电阻炉中进行热处理；热处理结束后，关闭箱式电阻炉的电源，炉冷至室温；从箱式炉中取出砂箱，清砂、清壳、切割浇冒系统，吹砂后得到铸件；/n当所述高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件时，砂箱的出炉温度为650～850℃；热处理温度为700～900℃，保温时间为3～6h；/n当所述高温Ti基合金为以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件时，砂箱的出炉温度为45～650℃，热处理温度为500～700℃，保温时间为3～6h。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高温Ti基合金铸件的热处理方法，其特征在于，所述的高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件和以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件，具体过程是：
步骤1、原材料的准备；
步骤2、制备陶瓷精铸型壳：
通过涂挂模具、脱蜡和焙烧，得到陶瓷精铸型壳；
步骤3、准备砂箱；
步骤4、确定铸造工艺：
采用反重力铸造或重力铸造或离心铸造的方法，熔炼过程中真空度不低于10-
1Pa；
当所述高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件时，模壳预热温度850℃，保温；2h；砂箱出炉温度为650～850℃；
当所述高温Ti基合金为以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件时，模壳预热温度650℃，保温；2h；砂箱出炉温度为500～700℃；
步骤5、合金熔炼、浇注：
将泵壳体陶瓷型壳埋进装有石英砂的砂箱；将该砂箱放入真空感应熔炼-反重力铸造炉中，使高温Ti基合金的合金锭熔化，得到高温Ti基合金合金的金属液；将所述金属液注入型壳中，完成浇注过程，铸件冷却、凝固成形；
步骤6、热处理、铸件出炉：
砂箱出炉；砂箱直接放进箱式电阻炉中进行热处理；热处理结束后，关闭箱式电阻炉的电源，炉冷至室温；从箱式炉中取出砂箱，清砂、清壳、切割浇冒系统，吹砂后得到铸件；
当所述高温Ti基合金为以有序强化为主的TiAl合金铸件时，砂箱的出炉温度为650～850℃；热处理温度为700～900℃，保温时间为3～6h；
当所述高温Ti基合金为以无序固溶强化的近α型高温Ti合金铸件时，砂箱的出炉温度为45～650℃，热处理温度为500～7...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇宏超，于永浩，赵瑞峰，李金山，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61