论文摘要
TiAl基合金具有良好的性能,受到了广泛关注,被视为下一代高温轻质合金的有力竞争者,其室温延伸率低、塑性差的缺点使得开发研究TiAl合金近净成形技术成为必然,采用铸造成形技术可制备形状复杂的零件,并降低生产成本。本文研究了采用底漏式真空吸铸技术成形TiAl合金连杆件的工艺特点,确定了TiAl合金连杆的铸造工艺为:采用金属型铸造模具,连杆从侧面竖直左右分型,顶注式浇注系统,一个补缩冒口,一个溢流槽,不同部位加工余量不同,在0.52mm内变化,拔模斜度3°。利用ProCAST数值模拟技术对TiAl合金连杆件底漏式真空吸铸过程中的充型过程、凝固过程、缩孔缩松缺陷的形成进行了模拟分析,验证并优化了连杆件的铸造工艺设计。研究了底漏式真空吸铸过程中的几个主要参数对连杆铸件充填率和缩孔缩松缺陷的影响规律,其中浇注温度和吸口直径对金属液的充型凝固过程有较大影响:浇注温度越高越有利于充型,但浇注温度过高会使金属液的收缩增大,容易产生缩孔;吸口直径越大越有利于充型完整,但吸口直径过大会对合金的熔炼产生不利影响。经过模拟分析,得到了TiAl合金底漏式真空吸铸的优化工艺参数图,分析表明,当吸口直径为4mm,充型速度为1m/s时,浇注温度要不小于1600℃时才可使金属液充填铸型的比率达到100%。采用3Cr2W8V热作模具钢加工了连杆件的吸铸模具,实验中对模具采取了两种改进方法,一是对模具的结构和型芯材料进行改进,将模具改进为具有活动型芯的形式,在此研究了金属型型芯和砂型型芯对成形连杆件的影响,研究表明,当采用金属型芯时,会在连杆件内部产生较大应力,出现裂纹,当采用砂型型芯时,虽然降低了应力,但是却会在铸件内部产生缩孔、气孔等缺陷。二是对模具材料进行改进,将模具改进为陶瓷型壳,即将底漏式真空吸铸工艺与熔模精密铸造工艺相结合,制备了钛合金连杆件的低成本模壳,利用改进的底漏式真空吸铸熔模精密铸造工艺成形了TiAl合金连杆件。对连杆件的组织进行了分析,分析结果表明,采用金属型底漏式真空吸铸工艺得到的铸件的组织以细小的等轴晶为主,说明通过真空吸铸工艺可以细化TiAl合金的铸态组织;对不同方法制备的连杆件的硬度值进行了测定,发现采用金属型芯制备的连杆件的硬度值比采用砂型型芯制备的连杆件的硬度值大,这是因为利用金属型芯制备的连杆铸件的组织比用砂型型芯制备的连杆件组织更细小,提高了铸件的硬度值;此外还对吸铸成形的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的薄板件进行了拉伸性能测试,实验表明经过均匀化热处理后合金的抗拉强度和室温塑性均得到提高。