一种钛合金试棒及制造方法与流程

1.本发明属于特种合金铸件技术领域，具体涉及一种钛合金试棒及制造方法。


背景技术：

2.钛及钛合金不但质量轻(密度在4.5~4.8g/cm3)、比强度高，而且耐高温、耐腐蚀、抗菌、生物相容性良好，因此在航空航天、军工、化工、海洋船舶、生物医疗和生活用品中具有广泛的应用。随着我国海洋强国战略和民生供给侧改革的实施，高性能轻量化的钛合金产品市场需求越来越大。
3.在钛合金的研发和制造过程中，通过制造试棒对钛合金的成分和力学性能进行检测是重要的验证手段。钛合金过热度低、流动性差、容易形成热节，如果随炉浇铸试棒很容易随机出现气孔、缩孔、缩松、低密度夹杂，此外，浇筑单根圆棒或在浇道上采用棒型结构，易导致晶粒粗大，力学性能下降，不能客观反映钛合金的本征性能。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，为了制得合格的钛合金试棒以客观反映钛合金的本征性能，本发明提供一种钛合金试棒及制造方法。
5.本发明第一方面是提供一种钛合金试棒，该钛合金试棒整体上呈条状，自上而下依次包括彼此一体连接的第一固定段、工作段、第二固定段、浇筑段；第一固定段和第二固定段的厚度均大于工作段，并且第一固定段和第二固定段均与工作段平滑过渡连接；浇筑段上端与第二固定段等厚，并且自上而下厚度逐渐增大。
6.进一步地，上述钛合金试棒中，第一固定段和第二固定段的高度均小于工作段，并且在工作段与第一固定段的连接处和在工作段与第二固定段的连接处均形成有圆弧形的倒角。
7.进一步地，上述钛合金试棒中，浇筑段的截面为上窄下宽的等腰梯形。
8.本发明第二方面是提供一种钛合金试棒的制造方法，在离心场内浇筑钛合金试棒，钛合金试棒沿着离心场的加速度方向延伸，浇筑固化过程中形成的缺陷倾向于向靠近离心场中心的方向集中，在浇筑固化后将钛合金试棒上靠近离心场中心的一截切除，保留远离离心场中心的一截，从而得到没有缺陷的钛合金试棒。
9.进一步地，上述钛合金试棒的制造方法包括以下步骤：步骤1)，根据钛合金试棒的形状制作对应的模具；步骤2)，利用制得的模具压制蜡型，然后组树；步骤3)，根据组树制造氧化物陶瓷型壳，然后经脱蜡、焙烧、洗壳得到可用于浇筑的型壳；步骤4) ，在离心场中进行浇筑，固化后截取离心浇铸远端的半截，经热处理得到钛合金试棒。
10.进一步地，上述钛合金试棒的制造方法的步骤2)中，组树得到的组树件中具有镜
相对称布置的一对蜡型。
11.进一步地，上述钛合金试棒的制造方法的步骤3)中，型壳面层为氧化钇层，背层为1层刚玉层和5层莫来砂层，温度22
±
2度，湿度35~45%，干燥时间》8h；刚玉层由刚玉料浆和刚玉砂混合制成，莫来砂层由莫来粉料浆和莫来砂混合制成。
12.进一步地，上述钛合金试棒的制造方法的步骤4)中，使钛合金熔铸液与盛装容器之间形成凝壳，从而避免盛装容器对钛合金熔铸液造成污染。
13.进一步地，上述钛合金试棒的制造方法的步骤4)中，将钛合金原料在真空环境中加热到650~850℃并保温2h，从而得到可用于浇筑的钛合金熔铸液。
14.有益效果本发明制得的试棒内部不易气孔、缩孔、缩松、低密度夹杂等缺陷，合格率在90%以上，提高了成品率，降低了制造成本，同时也避免了因浇铸缺陷产生的材料浪费、减少了检测费用。
15.本发明制得的试棒能够客观地反映钛合金及铸件的本征性能，提供更加真实的参考数据。
16.本发明提供的试棒制造方法便于操作，降低了劳动强度。
附图说明
17.图1为本发明的试棒的结构示意图。
18.图2为本发明组树得到的组树件的结构示意图。
19.图中，1第一固定段、2工作段、3第二固定段、4浇筑段。
具体实施方式
20.下面通过具体实施例进一步阐明本发明，这些实施例是示例性的，旨在说明问题和解释本发明，并不是一种限制。
实施例
21.一、钛合金试棒的结构提供一种如图1所示结构的钛合金试棒，试棒整体呈条状，自上而下依次包括彼此一体连接的第一固定段1、工作段2、第二固定段3、浇筑段4；第一固定段1和第二固定段3的厚度均大于工作段2，并且第一固定段1和第二固定段3均与工作段2平滑过渡连接；浇筑段4上端与第二固定段3等厚，并且自上而下厚度逐渐增大。
22.进一步地，第一固定段1和第二固定段3的高度均小于工作段2，并且在工作段2与第一固定段1的连接处和在工作段2与第二固定段3的连接处均形成有圆弧形的倒角。
23.进一步地，浇筑段4的截面为上窄下宽的等腰梯形。
24.二、钛合金试棒的制造方法步骤1)，根据钛合金试棒的形状制作对应的模具。
25.步骤2)，利用制得的模具采用中温蜡料在大型压机上压制蜡型，以保证蜡型表面质量，对蜡型进行修型后组树，如图2所示。
26.步骤3)，制造氧化物陶瓷型壳，型壳的面、背层均由氧化物作为造型材料，因而型
壳强度高，热导率比较小，适于浇注形状复杂的薄壁铸件。面层为氧化钇层，背层为1层刚玉(刚玉料浆 刚玉砂)和5层莫来砂(莫来粉料浆 莫来砂)，温度：22
±
2度，湿度35~45%，干燥时间》8h），提高了工艺的连续性和一致性，提高了生产效率。然后经过脱蜡、焙烧、洗壳得到可用于浇筑的型壳。
27.步骤4) ，采用真空自耗凝壳炉熔铸工艺，这种熔炉是在真空自耗电极电弧炉基础上发展起来的，它是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳，即所谓凝壳，这层同材质的凝壳作为坩埚的内衬，用于形成熔池储存钛液，避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后，留在坩埚内的一层凝壳，可作为坩埚内衬继续使用。浇铸系统采用离心浇铸，如图2所示，试棒块底部为进料口直接焊接在主浇道上，液钛合金甩入试棒块模壳不断凝固，模壳内残余气体析出回到近浇铸口端，工作段的厚度较薄，快速冷却形成细晶区，力学性能得到提升，浇铸结束后冷却取出铸件，清壳，切出铸件块，截取离心浇铸远端的半块试棒块，切割、机加成试棒，置于真空热处理炉中加热到650~850℃之间保温2h，冷却，精修，得到合格的试棒。
28.以上实施方式是示例性的，其目的是说明本发明的技术构思及特点，以便熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种钛合金试棒，其特征在于：所述试棒整体呈条状，自上而下依次包括彼此一体连接的第一固定段（1）、工作段（2）、第二固定段（3）、浇筑段（4）；所述第一固定段（1）和所述第二固定段（3）的厚度均大于所述工作段（2），并且所述第一固定段（1）和所述第二固定段（3）均与所述工作段（2）平滑过渡连接；所述浇筑段（4）上端与第二固定段（3）等厚，并且自上而下厚度逐渐增大。2.根据权利要求1所述的钛合金试棒，其特征在于：所述第一固定段（1）和所述第二固定段（3）的高度均小于所述工作段（2），并且在所述工作段（2）与所述第一固定段（1）的连接处和在所述工作段（2）与所述第二固定段（3）的连接处均形成有圆弧形的倒角。3.根据权利要求1所述的钛合金试棒，其特征在于：所述浇筑段（4）的截面为上窄下宽的等腰梯形。4.根据权利要求1-3任一项所述的钛合金试棒的制造方法，其特征在于：在离心场内浇筑钛合金试棒，钛合金试棒沿着所述离心场的加速度方向延伸，浇筑固化过程中形成的缺陷倾向于向靠近所述离心场中心的方向集中，在浇筑固化后将钛合金试棒上靠近离心场中心的一截切除，保留远离离心场中心的一截，从而得到没有缺陷的钛合金试棒。5.根据权利要求4所述的钛合金试棒的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)，根据钛合金试棒的形状制作对应的模具；步骤2)，利用制得的模具压制蜡型，然后组树；步骤3)，根据组树制造氧化物陶瓷型壳，然后经脱蜡、焙烧、洗壳得到可用于浇筑的型壳；步骤4) ，在离心场中进行浇筑，固化后截取离心浇铸远端的半截，经热处理得到钛合金试棒。6.根据权利要求5所述的钛合金试棒的制造方法，其特征在于：步骤2)中，组树得到的组树件中具有镜相对称布置的一对蜡型。7.根据权利要求5所述的钛合金试棒的制造方法，其特征在于：步骤3)中，型壳面层为氧化钇层，背层为1层刚玉层和5层莫来砂层，温度22
±
2度，湿度35~45%，干燥时间>8h；所述刚玉层由刚玉料浆和刚玉砂混合制成，莫来砂层由莫来粉料浆和莫来砂混合制成。8.根据权利要求5所述的钛合金试棒的制造方法，其特征在于：步骤4)中，使钛合金熔铸液与盛装容器之间形成凝壳，从而避免盛装容器对钛合金熔铸液造成污染。9.根据权利要求5所述的钛合金试棒的制造方法，其特征在于：步骤4)中，将钛合金原料在真空环境中加热到650~850℃并保温2h，从而得到可用于浇筑的钛合金熔铸液。

技术总结
本发明属于特种合金铸件技术领域，具体涉及一种钛合金试棒及制造方法。本发明提供的钛合金试棒在离心场中浇筑后截取靠外侧的一部分，该钛合金试棒整体上呈条状，自上而下依次包括彼此一体连接的第一固定段、工作段、第二固定段、浇筑段；第一固定段和第二固定段的厚度均大于工作段，并且第一固定段和第二固定段均与工作段平滑过渡连接；浇筑段上端与第二固定段等厚，并且自上而下厚度逐渐增大。本发明制得的试棒合格率在90%以上，大幅度降了低制造成本，避免了因浇铸缺陷产生的材料浪费、减少了检测费用，能够客观地反应钛合金及铸件的本征性能，给客户提供更加真实的参考数据。制造方法便于操作，降低了劳动强度。降低了劳动强度。降低了劳动强度。


技术研发人员：崔玉友
受保护的技术使用者：江苏华钛瑞翔科技有限公司
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/6/28