王金龙

摘 要：为了保证熔模类型铸造工艺在加工钛合金材料时候有良好质量，应认识到钛合金材料的特点以及熔模类型铸造技术使用阶段的关键，结合实际工况，制定熔模类型铸造工艺使用方案。本文就钛合金材料熔模类型铸造工艺进行了分析。

关键词：钛合金；铸造；熔模

在当代材料领域研究不断深入的条件下，越来越多的优质材料被运用到各个领域中，在相应材料良好性能的推动下，使相应领域有更好的发展。而在众多新型材料中，钛合金材料的性能显得尤为突出，并且有通过熔模类型铸造技术的运用，使得钛合金材料的应用质量得到了进一步的提升。

1 钛合金材料以及熔模类型铸造技术概述

在诸多尖端领域中钛合金材料已经成为了关键性的材料，这种材料具有耐腐蚀性良好、实际强度高的特点，在现代航天领域中被当做结构材料使用。而且由于这种材料所具备的杰出性能，使得这种材料的应用得到了众多领域的重视。

而在钛合金材料应用阶段中，人们开发出了多种类型的使用技术，而熔模类型的铸造技术则是其中较为优质的处理技术，在使用这种技术进行钛合金材料加工的时候，能保证铸件的表面有良好的粗糙度，同时还能对铸件的实际的尺寸进行精准的控制，和其类型钛合金材料加工技术，这种熔模类型的加工技术还具有原材料利用率高的特点，通常原材料利用率能打得到百分之75到百分之90之间，进一步的控制了加工成本。而在当代科技的推动下，也让熔模类型铸造技术有了进一步的进步，尤其是在热等静压类型技术出现之后，使得熔模类型铸造技术本身存在的缺陷得到了克服，使得钛合金材料铸件在其力学性能方面以及使用稳定性方面有了显著提升。

从钛合金材料的材料性质方面来看，这种材料有较高的化学活性，在温度较高状况下，钛合金材料可以和各种类型气体以及耐火材料发生反應，使得熔体的质量降低，这也就导致在进行钛合金材料加工的阶段中，要能做好型壳材料的选择以及熔炼工艺的选择。

2 造型材料分析

2.1 加工粘结剂

在使用熔模类型铸造技术进行钛合金材料加工的阶段中，粘结剂是该过程中关键性的材料，粘结剂的使用会对型壳以及铸件的质量产生影响，并且粘结剂的使用情况还会对熔模类型铸造技术的运用产生影响，使得铸造生产的周期以及成本难以控制在规定范围内。在经过了铸型焙烧处理之后，粘结剂材料所转化成的物质对于熔融钛具有良好的稳定性。水玻璃材料、硅酸乙酯等类型的粘结剂材料只能被用型壳结构背层的铸造中，而对于面层架构的铸造而言，需要能在煅烧操作之后生成比二氧化硅更加稳定的氧化物作为粘结剂。

选择型壳结构面层粘接剂材料的时候，要能注意材料所具有的惰性，在使用熔模类型铸造工艺进行钛合金材料加工的时候，能被用作粘接剂的主要有碳质类型粘接剂以及氧化物类型粘接剂两种类型。而在实际的钛合金材料熔模处理过程中，主要的粘接剂主要是合成树脂材料、合脂材料，在一些加工中还会使用糊精材料、沥青材料或者是偶淀粉材料。而氧化物类型的粘结剂材料主要包含了二醋酸锆、碳酸锆铵或者是硝酸锆材料，其中二醋酸锆材料是在进行钛合金材料精加工阶段关键性的粘接剂材料。也正由于二醋酸锆材料有良好的性能，所在难熔类型金属表面层加工，还是在惰性类型氧化物面层加工中，都能将这种材料当做粘接剂使用。但这种二醋酸锆材料还存在着价格偏高的特点，所以在实际的钛合金材料加工中，有时还会使用价格较低硅溶胶材料改性处理后产物进行钛合金材料加工。

2.2 耐火材料选择

会对铸件最终质量产生影响的因素较多，而金属材料和铸件相交界面发生的相互作用则是其中之一。熔融状态下的钛合金材料具有较高的化学活性，基本上可以与各种类型的耐火材料进行反应，在反应之后就会导致铸件表面产生污染层，给铸件的外观造成较为严重的影响。

此外，钛铸件的其他几种主要缺陷也都和熔融钛与铸型的相互作用有关。因此，面层耐火材料的选择非常关键。目前所使用的面层耐火材料大体可分为以下四大类：碳质耐火材料、氧化物陶瓷材料、金属材料及其它材料。

用于钛合金铸造的碳质耐火材料主要是指人造石墨，其性能在很大程度上取决于原材料和制备工艺。人造石墨是以石油焦、炭墨、沥青焦为主要原料，在2600～3000℃高温下煅烧而成的。人造石墨在真空下耐火度高，热膨胀系数小，强度随温度升高而有所提高，对熔融钛合金有一定的惰性，石墨与液钛在较低温度下反应很弱，只在铸件表面发生轻微的渗碳现象，形成渗碳层。但是人造石墨作为耐火材料存在一定的缺点，易氧化，必须工作于真空、还原性气体气氛或惰性气体气氛下；吸咐气体能力强，石墨砂吸附气体的能力是同牌号石墨块的10倍；热导率高，仅次于铝、铜，易使铸件表面出现微裂纹。

3 钛合金的熔炼

3.1 外热式熔炼法

外热式熔炼方法根据熔炼时热量来源不同，又可分为自耗电极电弧炉熔炼、非自耗电极电弧炉熔炼、电子束炉、等离子弧炉等几种，其中能量发生器分别为自耗电极、非自耗电极、电子枪、等离子弧炬等。能量发生器产生的能量使金属熔化并过热，金属熔体只是在表面被加热，热量通过热传导和对流传到熔体深处。因此熔体表面温度较高，由表面到深处存在一定的温度梯度，导致熔池较浅。目前使用最广泛的是自耗电极电弧炉熔炼法，此种方法以钛或钛合金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。这种方法具有结构简单、维持费用低、大型化容易等优点，缺点是浇注温度难以调节和控制，金属过热度不高，使得熔体流动性和补缩能力较差，并且废料难以回收。

3.2 内热式熔炼法

电磁冷坩埚技术是将分瓣的水冷铜坩埚置于交变电磁场内，利用交变电磁场产生的涡流热熔化金属，并依靠电磁力使金属熔体与坩埚壁保持软接触或者非接触状态，并对炉料进行感应熔炼或者成形的技术。电磁冷坩埚技术是近几年兴起的新技术，它充分利用了电磁场和金属相互作用的热效应和力效应。

4 结束语

钛合金铸件的生产成本限制了它在航空航天工业上的应用，因此钛合金的发展将主要放在如何降低成本上，造型材料和真空熔炼是生产中的高成本环节，应进一步加大此方面的研究。

参考文献

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