钛合金铸造设备与工艺
铸造生产的工艺流程
铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序：1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图；2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备；3）造型与制芯；4）熔化与浇注；5）落砂清理与铸件检验等主要工序。
一、成形原理铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。
图1 铸造成形过程铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。
但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。
二、型砂的性能及组成1、型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。
2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。
铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。
铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。
为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤粉、锯末、纸浆等。
型砂结构，如图2所示。
图2 型砂结构示意图三、工艺特点铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。
铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。
2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼
钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼ISM熔炼技术（Induction Skull Melting），即感应凝壳熔炼技术，是随着熔炼钛合金等活泼金属的需要而发展起来的，是当前熔炼活性钛合金的最好方法，它不仅对合金无污染，而且合金熔体成分、温度、过热度易于控制。
该方法原理是坩埚周围布置的通电线圈使被熔炼金属感应生成与通电线圈位相相反的电流，感应电流产生的焦耳热使金属熔化，且位相相反的电流之间存在着作用力与反作用力，使被熔化的金属上浮不与坩埚接触。
该熔炼方法的特点是熔融金属不与坩埚接触，可大幅度降低热损耗。
该方法目前已实用化。
ISM熔炼技术的研究开始于19世纪50年代，最初由美国Scheppenient研制出可熔炼0.9kg钛的水冷坩埚。
目前，美国已建成容量达200kg的冷坩埚熔炼炉。
俄国的冷坩埚技术在世界领先，已经有系列的ISM设备，能够生产出重达几吨的铸件。
国内对ISM技术的研究从20世纪80年代初开始。
国内开展ISM研究的单位主要有哈尔滨工业大学，西北有色金属研究院，原冶金部钢铁研究总院等一些高校和研究所。
国内ISM熔炼技术的研究起步较晚，但是也取得了一些具有国际先进水平的独创性成果，较好地指导了活泼金属及合金熔炼。
自耗电极电弧炉对电极的质量要求很高，对原料要求也较高。
电子束炉、等离子弧炉要求电源功率较大，成本相对提高。
另外，这些熔炼方法所造成的熔池较浅，增大熔池体积只增大了表面积，而导致元素的挥发损失，这对控制合金成分是不利的。
由于感应电流有趋肤效应，在理论上利用上述熔炼方法中所使用的水冷铜坩埚无法通过感应加热而使金属熔化。
当采用导电的坩埚熔炼金属时，由于感应电流的趋肤效应，坩埚本身被加热，坩埚壁上的感应电流过高，影响了炉料所吸收的功率，只能熔化熔点低于坩埚材料的金属。
若用水冷却坩埚，所产生的热量绝大部分被水带走，炉料难以被加热熔化。
若将坩埚开一条缝或几条缝，则坩埚内磁场衰减很少，此时感应圈的功率主要消耗在炉料上。
无涂层钛合金锅制作工艺
无涂层钛合金锅制作工艺一、选材制作无涂层钛合金锅的原材料为钛合金，钛合金是一种轻质、高强、耐腐蚀的金属材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性。
在选材过程中，需要选择符合生产要求的钛合金牌号和规格，确保原材料的质量和稳定性。
二、熔炼将钛合金原材料进行熔炼，制备成熔融态的钛合金。
在熔炼过程中，需要控制熔炼温度和时间，确保钛合金熔体的成分和质量。
同时，需要采取相应的保护措施，防止空气中的氧和氮气对熔体产生不良影响。
三、铸造将熔融态的钛合金倒入模具中，通过铸造工艺制备成锅的形状和结构。
在铸造过程中，需要控制铸造温度、冷却速度和时间等参数，以确保锅的尺寸精度和表面质量。
同时，需要采取相应的措施，防止模具中的杂质和气孔对锅的质量产生不良影响。
四、热处理对铸造完成的钛合金锅进行热处理，以消除铸造应力，提高其力学性能和耐腐蚀性。
在热处理过程中，需要控制加热温度和冷却速度等参数，确保锅的内部组织和性能达到最佳状态。
五、抛光对热处理后的钛合金锅进行抛光处理，以去除表面缺陷和粗糙度，提高其美观度和使用性能。
在抛光过程中，需要采用相应的抛光工具和材料，如砂纸、抛光液等，以确保锅的表面质量和光泽度。
六、组装将抛光完成的钛合金锅进行组装，以形成完整的无涂层钛合金锅具。
在组装过程中，需要采用相应的装配设备和工具，如压力机、夹具等，以确保锅具的尺寸精度和稳定性。
七、质量检测对组装完成的钛合金锅进行质量检测，以确保其符合生产要求和使用性能。
质量检测包括外观检测、尺寸检测、力学性能检测、耐腐蚀性检测等方面。
在检测过程中，需要采用相应的检测设备和工具，如量具、试验机等，以确保检测结果的准确性和可靠性。
八、包装对检测合格的钛合金锅进行包装，以保护其表面质量和完整性。
包装包括采用保护膜、防潮纸、泡沫等材料对锅进行防护处理，以及采用外包装盒对锅进行包装固定。
同时，需要在包装上注明产品名称、规格型号、生产日期等相关信息。
钛合金的熔炼工艺-等离子弧冷床熔炼法(PACHR)
钛合金的熔炼工艺-等离子弧冷床熔炼法（PACHR）等离子冷床熔炼以等离子束为热源。
等离子弧与自由电弧不同，它是一种压缩弧，能量集中，弧柱细长。
与自由电弧相比，等离子束具有较好的稳定性，较大的长度和较广的扫描能力。
等离子枪是在接近大气压的惰性气氛下工作的，可以防止Al、Sn、Mn、Cr等高挥发合金组元的挥发损失。
电子束冷床熔炼难以控制化学成分的缺点也促进了等离子束冷床熔炼（PACHR）技术的发展。
等离子弧与电弧炉的自由电弧相比是一种压缩弧，能量集中，弧柱细长，具有较好的稳定性，较大的长度和较广的扫描能力。
等离子束冷床熔炼以高温等离子束为热源，在接近大气压的惰性气氛（氩气或氦气）环境下工作，合金元素的挥发损失可以得到有效的控制，易于控制钛合金的化学成分，但除气和除杂效果较差。
等离子枪产生的He或Ar等离子束是高速和旋转的，对熔池内的钛液能起到搅拌作用，有助于合金成分的均匀化。
但是由于产生等离子束需要惰性气体作为工作气体，惰性气体价格较贵（尤其是氦气），增加了熔炼成本，需要添加惰性气体回收处理设备。
熔炼时工作气体的纯度会对钛合金的纯度产生影响。
等离子弧熔炼是20世纪60年代初开发的，利用等离子体作热源，温度高（弧芯可达24000～26000K），可熔炼任何金属及非金属炉料，可在大气下实现有渣熔炼，也可在保护气氛中进行无渣熔炼。
等离子电弧熔炼是利用高温等离子体加热熔化金属的一种方法。
高温等离子体由高压电弧产生，然后用惰性气体将等离子体的弧柱吹入熔室熔化炉料；这种工艺可以利用散装料，如海绵钛、钛屑、料头等，也可以用料棒送料，即缓慢将料棒送入等离子室，使金属熔化，滴入坩埚。
所谓等离子体是指一种电离气体，是由离子、电子和中性粒子组成的电离状态，称为物质的第四态。
Plasma是1928年朗缪尔（Langmuir）最早采用的称呼，我国称为等离子体。
根据物质的原子论，物质的原子、分子和分子团相互以不同的力相结合，构成不同的聚集态。
钛合金简介介绍
熔炼
轧制
通过轧机对钛合金进行塑性加工，使其变形并获得所需的形状和尺寸。轧制工艺可以生产出薄板、厚板、棒材和管材等。
锻造
锻造是将钛合金加热至高温，然后通过模具进行塑性变形，以制造出复杂的形状和结构。锻造工艺可以提高钛合金的机械性能和疲劳寿命。
钛合金的焊接可以采用钨极氩弧焊、激光焊、电子束焊等多种方法。焊接过程中应严格控制热输入和保护气体，以防止金属过热和氧化。
尽管钛合金具有许多优良的性能和应用前景，但由于其市场认知度较低，很多企业和消费者对其了解不足。这限制了钛合金在市场上的推广和应用。
为了提高市场认知度，需要加强宣传和推广工作，例如通过举办展览、开展科普活动等方式，向公众普及钛合金的知识和优势。同时，政府和企业也可以通过政策支持和合作项目，推动钛合金在各领域的应用和发展。
钛合金的耐腐蚀性和环保性可以减少对环境的污染和破坏，有利于保护环境。
环境保护
钛合金的挑战与问题
05
由于钛合金的原材料成本较高，且生产过程中需要经过复杂的工艺流程，因此其生产成本相对较高。这限制了钛合金在某些领域的应用，如大规模制造和日常消费品生产。
为了降低成本，一些研究者和企业正在探索新的生产工艺和材料替代方案，例如利用钛废料进行再加工、开发低成本钛合金等。
表面处理的应用
钛合金的发展趋势和未来展望
04
钛合金具有高强度和低密度的特点，能够广泛应用于航空、航天、医疗等领域。
高强度
耐腐蚀性
加工性能
钛合金具有优异的耐腐蚀性能，能够在海洋、化工等领域发挥重要作用。
钛合金的加工性能优异，可以通过各种加工技术制成各种复杂形状和结构。
03
02
01
钛合金可以回收再利用，减少对环境的污染和资源浪费。
钛合金铸造需要的要求
钛合金铸造需要的要求
钛合金铸造需要的要求主要有以下几个方面：
1.高温和抗腐蚀性能。
钛合金是一种高温和抗腐蚀性能较好的材料，因此在铸造过程中需要保证材料的化学成分达到一定的标准，避免因为杂质等原因导致铸件品质下降。
2.良好的流动性和润湿性。
铸造过程中需要铸模和熔体之间良好的润湿性和流动性，这样才能保证熔体能够充分填充模腔，同时也能够保证铸件表面光洁度和精度。
3.良好的凝固性能。
钛合金具有较高的凝固温度，因此铸造过程中需要保证熔体能够充分凝固，同时要避免因为凝固速度过快或过慢导致铸件产生缺陷。
4.合适的温度控制和保护措施。
铸造过程中需要采取合适的温度控制措施，保证熔体温度达到合适的铸造温度，同时也需要采取有效的保护措施，避免因为氧化等因素导致铸件质量下降。
综合以上要求，钛合金铸造需要采取一系列的技术措施，包括优化材料配比、改进铸造工艺、采用高温熔炼设备等，才能够保证铸件质量和生产效率。
铸造生产的工艺流程
铸造生产的工艺流程铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序：1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图；2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备；3）造型与制芯；4）熔化与浇注；成形原理铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。
图1 铸造成形过程铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。
但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。
型砂的性能及组成1、型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。
2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。
铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。
铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。
为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。
型砂结构，如图2所示。
图2 型砂结构示意图工艺特点铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。
铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。
2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。
钛合金蚀刻工艺及方法
钛合金蚀刻工艺及方法钛合金蚀刻工艺及方法是一种新型的表面处理工艺，它使用腐蚀性液体来渗透进钛合金的表面，从而将其刻蚀出一定的图案。
主要应用于机械加工、航空航天及军工等行业，也可以应用于装饰、设计等领域。
钛合金蚀刻工艺主要有三种方法：(1)湿蚀刻工艺。
湿蚀刻是采用液态腐蚀剂对钛合金表面进行蚀刻处理，其特点是蚀刻速度快，处理时间短，刻蚀精度高，能够达到特定的精度要求，并且不会破坏表面的原有结构。
(2)乾式蚀刻工艺。
乾式蚀刻是采用干性腐蚀剂直接作用于钛合金表面，其特点是蚀刻速度快，处理时间短，刻蚀精度高，精度可达到0.05mm以下，并且不会造成表面损伤。
(3)离子蚀刻工艺。
离子蚀刻是采用电离性腐蚀剂对钛合金表面进行蚀刻处理，其特点是蚀刻速度快，处理时间短，刻蚀精度高，能够达到精度要求，并且不会造成表面损伤。
无论采用哪种方式，在钛合金蚀刻工艺中，最重要的是表面处理前的准备工作。
首先，钛合金表面必须进行除锈、抛光处理，以保证表面的洁净，同时保证表面的光洁度，以便达到更好的蚀刻效果。
其次，钛合金表面必须使用防腐剂和防锈剂进行浸渍处理，以延长表面的使用寿命。
最后，钛合金表面应当采用蒸汽清洗，以除去表面上的尘埃和污垢，以便达到良好的蚀刻效果。
在进行钛合金蚀刻处理时，首先要根据蚀刻要求确定所使用的腐蚀剂，然后按照机械设计要求制作蚀刻模具，将钛合金表面处理放入模具中，然后将腐蚀剂倒入模具，使钛合金表面接触腐蚀剂。
腐蚀剂一般需要一定的时间作用于钛合金表面，然后将模具中的钛合金表面处理拿出，可以看到表面上已经形成了一定的图案。
接下来，将钛合金表面处理再次放入模具中，重复以上步骤，直到达到预期的蚀刻效果。
最后，在钛合金蚀刻处理完成后，一定要对表面进行清洗，以去除残留的腐蚀剂，以免影响表面的性能。
总之，钛合金蚀刻工艺及方法是一种有效的表面处理工艺，它可以达到较高的刻蚀精度，同时又能够保持表面的光洁度和抗腐蚀性，因此得到了广泛的应用。