鈦鑄件及大型鈦棒鑄造技術的發展與應用

我國的鈦鑄造90%以上熔煉與鑄造設備都采用真空自耗電極電弧凝殼爐加離心鑄造。坩堝采用水冷銅坩堝，鈦液的最大澆注量為500 kg。金屬面層陶瓷型殼采用難熔金屬鎢粉作為耐火材料，金屬鎢的熔點高，與鈦液接觸時化學穩定性好，但是鎢粉應具有較高的純度，雜質含量不能超過規定標準，否則將影響鈦鑄件的品質。鎢面層熔模型殼必需采用溶劑脫蠟，而且在特制的脫蠟槽中進行，對人體健康有很大的傷害，同時也污染環境。鎢面層型殼高溫焙燒必須在還原性氣氛下進行，脫蠟后沉積在型殼外貌上的模料灰分很難燒化，在澆注時很容易與液鈦反應，在鑄件外貌形成氣孔。涂料漿工藝性能不好，懸浮性差，涂料漿壽命短，保存困難，價格昂貴。

自耗電極電弧熔煉法是以鈦或鈦合金制成的自耗電極為陰極，以水冷銅坩堝為陽極；大電流熔煉，鈦電極的熔化速度遠遠大于鈦的凝結速度，熔化了的電極以液滴形式進入坩堝，形成熔池；熔池表面被電弧加熱，始終呈液態，底部和坩堝接觸的四周受到循環水強制冷卻，產生自下而上的結晶。這種方法具有結構簡單、維持費用低、大型化容易等優點，缺點是澆注溫度難以調節和控制，一停弧后，金屬液必須在3~5秒內全部從坩堝倒出，否則溫度急劇下降，金屬液過熱度不高，使得液體流動性和補縮能力較差。自耗電極電弧熔煉對電極的質量要求很高，要求電極內部組織致密。熔煉過程中危險性較大，稍微操作不慎將會出現電弧損壞坩堝，造成坩堝外壁強制冷卻的循環水進入坩堝，污染鈦液，水蒸氣損壞真空泵系統。

隨著鈦棒及鈦合金鑄造技術的發展和日益成熟，加上熱等靜壓（HIP）技術的誕生和在鈦合金鑄件方面的成功應用，較好的解決了鑄件的質量問題，提高了鑄件的可靠性。從20世紀80年代以后，鈦及鈦合金鑄件在航空、航天及其他方面的應用每年以20%的速度遞增。鑄造工藝方面，目前已經由單件鑄造發展到幾件或幾十件零件組合成的大型整體鑄件。應用范圍已經從早期的受力不大的非關鍵靜止結構件發展到成為航空發動機中的構件組成部分，完全取代了一些變形鈦合金、鋁合金、鋼件。隨著航空發動機對推重比和剛度要求的提高，要求其中的一些關鍵鈦合金構件做成大型復雜薄壁的整件精鑄件。一些先進的航空大型渦輪發動機風扇機匣、中介機匣、前機匣、壓縮機機匣等都開始使用鈦合金精鑄件。大型客機的導風管、隔熱屏、支架、框架、耳軸、支撐架、剎車殼體、等也都以鈦合金精鑄件替代原來的構件。軍用飛機方面，鈦合金鑄件的使用也逐步在增加，如：支座、框架、支架、制動勾、機翼上受力物件、方向舵轉動裝置支架、變速裝置殼件、吊架支撐附件等，實踐證實了鈦合金鑄件在飛機上的應用是成功、可靠的。不僅如此，在生產成本上，由于使用了鈦合金鑄件，使飛機的某些機構的設計、加工、緊固、裝配等都變得比原來未使用鈦合金鑄件時的機構簡化了，從而大大降低了飛機的制造成本。鈦合金鑄件在航天領域中主要用于導彈、航天飛機飛船、人造衛星。其應用部位主要為：導彈殼體、尾翼、舵翼及連接座等，航天飛機和飛船支架、框架、支座、附件、殼體等，由于鈦合金鑄件具有高的剛性、輕的重量和光學玻璃相當的熱膨脹系數，也應用于人造衛星及其他光學儀器的托框、基座、連結架以及殼體等。

鈦棒及鈦合金鑄件在日常工業生產方面也有著廣泛的應用領域。由于鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，是化工及其他耐腐蝕工業的不可替代的材料。廣泛應用于化工、造紙、石油、制堿、冶金、農藥等工業。主要應用產品是以工業純鈦和鈦—鈀合金為材質的鑄造鈦泵、鈦風機，各種不同類型的閥門，如：截止閥、球閥、旋塞閥、閘閥、蝶閥、止回閥等。