tial基合金熔模精密铸造技术的发展现状

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1、TiAl基合金熔模精密铸造技术的发展现状陈玉勇，陈艳飞，田竟，孔凡涛，肖树龙，徐丽娟(哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)摘要：TiAl皐合金作为一种新型轻质高温结构材料，以其密度低、比强度和比模量高，具有较好的抗氧化和!！I®变性能以及优异的抗疲劳性能，在航空航天和汽车等领域具冇广阔的应用前呆。木文主耍介绍了TiAl基合金的熔炼技术、熔模精密铸造技术及应用研究，并提出了TiAl基合金熔模精密铸造技术的不足与展望。关键词：TiAl基合金；熔模精密铸造；熔炼技术；应用研究中图法分类号：TG146.2+3；TG249.5文献标识码：A文章编号：1

2、002-185X(2009)03-0554-05收稿日期：2008-02-15基金项目：国家自然科学基金项目资助(50674037)作者简介：陈玉勇，男，1956年生，I専士生导师，哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨15(X)01,电话：0451-86418802,E-mail:yfchn@hotmail.com随着对宇航业的开发及国防等工业的发展，尤其是先进军用飞机要求具有高的灵活性以及要求发动机具有大的推重比，设计者们越来越青睐密度低而强度高的材料。Ti合金在许多方面满足了这种需要，因此在航空航天上的应用比例越来越大。可是，基于强度

3、和抗氧化上的考虑，目前最先进的钛合金(如IMI834和Ti-1100)只能局限于60()°C应用，另外，普通钛合金述受限于损伤容限、蠕变强度及高温抗自燃阻力⑴。与常规钛合金相比，y-TiAI(以下简称TiAl)基合金密度更小，兼有金属与陶瓷的性能，不仅具有高的比强度和比模量，而且该合金在高温时依然可维持这些特性，同时具有良好的抗蠕变、抗氧化能力，这使其倍受研究工作者的重视，从而成为航空航天及汽车发动机用耐热结构件的极具竞争力的材料，具有广阔的应用前景31。目前已开发出的一些铸造TiAl基合金，虽然能满足一些涡轮、发动机部件的性能要求，但是由于TiA

4、l基合金室温塑性低及随之而来的成形性差，所以采用精密铸造技术是制作汽车和E机等行业用TiAl基合金构件的最可行的方法之一。本文综述了TiAl基合金的熔炼技术、熔模精密铸造技术及应用研究概况，指IIITTiAl基合金熔模精密铸造技术的不足并进行了展望。1TiAl基合金熔炼技术冃前，虽然熔炼高活性金属的方法很多，但关于TiAl基合金熔炼的资料甚少。TiAl基合金同Ti合金一样，在高温时具冇高的化学活性，因此一般沿用熔炼Ti合金的方法。但相对于熔炼Ti合金来说，熔炼TiAl基合金又具有自身特点，比如合金元素熔炼过秽反应热高，对间隙元素敏感性高，合金元素含

5、量高，合金成分容错度小，合金中各元素物性差别大，性談对组织敏感性高，这使TiAl基合金熔炼和铸锭更加匪难⑺。详细研究TiAl基合金的熔炼技术对其性能的预测和后续组织的控制非常有意义。对于TiAl这样的金属间化合物，在追求提高合金质量时，选择熔炼方法的重要依据是能否实现冃标成分，能否控制合金熔体的过热度，能否最大限量地障低间隙元素含量。目前己冇3种冶金熔炼方法被成功地应用于TiAl基合金的生产：感应凝壳熔炼、真空电弧熔炼和等离子束熔炼⑻。其中感应凝壳熔炼主要托于制备尺寸为75〜125mm的小直径铸锭，后两种方法用于制备直径尺寸为200〜350mm的铸

6、锭。采用后两种工艺应注意大直径尺寸铸锭温度场不均匀引起的热应力造成TiAl基合金铸锭开裂。但这些方法熔炼TiA基合金均有所不足，如所形成的熔池较浅，熔体温皮难以维持，这对成分精确度和均匀性要求较高的TiA基合金构成不利影响。悬浮熔炼较之其它熔炼方法，熔融金属与堆竭接触少，甚至不接触，避免了来自I甘坍的污染，特别适台熔炼活性金属及金属间化合物。1970年，英国Hukii成功地在分块的坨坍屮进行金属的悬浮熔炼并取得了专利，美国矿务局elites等人对用CaF2作绝缘层的感应渣熔炼工艺进行了研究。1980年美国硅铁(Duriron公司发展了无渣感应凝壳熔

7、铸工艺，消除了熔渣与合佥元素所产生的气孔，把冷坦竭感应熔炼一悬浮熔炼推向工业化生产。法国TARAMM公司的研究人员提出了名为RARAMM工艺的冷坦垠感应悬浮熔炼技术19该技术包括真空熔炼系统和浇注系统。真空熔炼系统是在感应凝壳炉基础上改进线圈和分瓣塩堀形状在堀堀内熔体底部产生电磁斥力，熔炼过程中仅少量的熔化金属钛液与址坍壁接触形成了凝壳，使活泼金属熔体实现电磁学意义上的悬浮熔炼，彻底避免了坦坍材料对熔体污染，并H山于熔融的金属钛与坨堀间的热交换少，可使重达5kg的熔融金属钛达到过热状态。此外，在感应电磁力的强有力的持续搅拌下，熔融金属钛的化学成分及

8、过热度更加均匀。浇注系统采用离心浇注，当熔融钛在到所需温度倾斜堀堀使钛液注入高速旋转的陶瓷模中，铸模旋转产生的离心力使钛液