[发明专利]一种抗损伤高韧性铸造钛合金及其精密铸造方法

说明书

本发明公开一种抗损伤高韧性铸造钛合金及其精密铸造方法。所述合金组成为(以重量百分比计)：铝占5.8～6.8％，钒占3.5～4.5％，碳不大于0.08％，氮不大于0.05％，氢不大于0.0125％，氧不大于0.13％，铁不大于0.15％，硅不大于0.15％，其余为钛。合金熔铸过程中，采用石墨铸型工艺，外型为高纯电极石墨，型芯采用柔性石墨，利用无模数控加工技术制备石墨型铸型，石墨型腔表面用等离子喷涂的方法喷涂特种涂料，最后采用真空自耗电极凝壳熔炼技术对铸件进行浇铸。该合金具有较窄的成分范围，间隙杂质元素C、N、H、O含量更低，合金更为纯净，合金铸件具有良好的抗拉强度以及更高的延伸率，且组织、性能稳定。

技术领域

本发明涉及金属材料和铸造技术，具体涉及一种抗损伤高韧性铸造钛合金 及其精密铸造方法。

背景技术

钛合金具有密度小、强度高、抗腐蚀、耐高温等优点，是航空航天及国防 工业的重要结构材料。近年来随着高端装备制造技术的发展，对钛合金部件的 性能提出了更高要求：航空、航天、舰船装备出于对整机可靠性的要求，不仅 要求所应用的钛合金部件达到常规的性能，还要求具有良好的抗损伤能力；化 工、冶金、压力机械行业，为提高特殊工况条件下钛合金装备的使用寿命、效 率以及安全性，也要求部件具有优良的力学性能和较高的质量水平。常规钛合 金铸件由于含有较高含量的C、N、H、O等间隙元素，虽然提高了力学强度， 但却损伤了铸件的塑性和韧性，对航空、航天等苛刻工况条件下整体装备的安 全性、可靠性造成了安全隐患，难以满足新型高端装备的高性能、高可靠性要 求，影响了我国航空、航天、国防装备性能的发挥和提升。常规钛合金铸造方 法由于未解决超低间隙相钛合金的熔炼及成分控制、复杂铸型的精密制备、高 质量充型等关键技术，铸造缺陷十分严重，不能满足应用需求。因此，发明低 间隙元素含量的高韧性铸造钛合金对于上述领域的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗损伤高韧性铸造钛合 金及其精密铸造方法。

本发明了提供了一种抗损伤高韧性铸造钛合金，该合金主要包括Ti、Al、V 元素组成，并且杂质元素C、N、H、O含量较低，各元素所占重量百分比具体 为铝：5.8～6.8％，钒：3.5～4.5％，碳≤0.08％，氮≤0.05％，氢≤0.0125％，氧≤ 0.13％，铁≤0.15％，硅≤0.15％，余量为钛。

本发明提供了一种抗损伤高韧性铸造钛合金的精密铸造方法，采用超低间 隙相高韧性铸造钛合金和石墨铸型工艺，外型为高纯电极石墨，型芯采用柔性 石墨，利用无模数控加工技术制备石墨型铸型，石墨型腔表面用等离子喷涂技 术喷涂特种涂层，最后采用真空自耗电极凝壳熔炼技术对铸件进行浇铸。

具体过程如下：

(1)合金原料：钛合金电极成分控制在(重量百分比)：铝占5.8～6.8％，钒占 3.5～4.5％，碳不大于0.08％，氮不大于0.05％，氢不大于0.0125％，氧不大于0.13％， 铁不大于0.15％，硅不大于0.15％，其余为钛；

(2)石墨铸型原料：石墨外型为高纯电极石墨，型芯采用柔性石墨；

(3)石墨铸型制备：根据铸造工艺图将石墨电极块采用无模数控加工技术加工 成石墨铸型；

(4)石墨铸型涂层工艺：利用等离子喷涂技术在石墨型腔表面喷涂特种涂层， 涂料成分为Y₂O₃粉或ZrO₂粉或8％Y₂O₃+ZrO₂；Y₂O₃+ZrO₂粉混合物中Y₂O₃的质量分数为40％～100％。

(5)石墨铸型预热：将石墨铸型放入真空高温除气炉中进行除气处理，真空度 ≤2×10^-2Pa，温度控制在800℃～1000℃，保温2～4小时，待冷却后转移至 真空容器中待用；