金屬型在薄壁鈦合金鑄造中的應(yīng)用研究

鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、線膨脹系數(shù)小以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和功能金屬材料，可顯著降低裝備重量，提高裝備壽命及性能，廣泛應(yīng)用于石油化工、船舶、航空航天等領(lǐng)域

。由于鈦的高化學(xué)活性，它能與多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鑄造難度較大，目前常用于鈦合金鑄造的工藝方法有熔模精密鑄造

和硬模鑄造（包括金屬型、機(jī)加工石墨型）

。對于薄壁鈦合金鑄件，采用石墨型澆注時(shí)，由于石墨本身熱導(dǎo)率較高，使得鈦液凝固過快，鑄件內(nèi)部易出現(xiàn)縮孔、縮松和氣孔缺陷，另外，石墨型在澆鑄過程中容易損壞，使用壽命普遍較短，不利于鈦鑄件的批量生產(chǎn)。而采用熔模鑄造工藝生產(chǎn)此類鑄件，蠟?zāi)Ｔ谀＞邏褐坪托蜌ね繏爝^程中易發(fā)生變形，影響鑄件的尺寸精度，且制作工藝復(fù)雜，成型周期較長。近年來，隨著鈦合金產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛，對于鈦合金鑄件的批量生產(chǎn)提出了更改的要求，推動(dòng)了金屬型鑄造的發(fā)展應(yīng)用。金屬型鑄造的成型周期短，有利于批量生產(chǎn)，而且金屬型可以多次重復(fù)使用，使用壽命更長。

本文采用金屬型與石墨型結(jié)合制作薄壁鈦合金鑄件，主要包括模型設(shè)計(jì)、模具的選材和制作、模具預(yù)處理、澆鑄鑄件及分析，研究金屬模具對鈦合金鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量的影響，最終為生產(chǎn)應(yīng)用推廣提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 模具選材

現(xiàn)有的金屬型鑄造技術(shù)大多采用灰鑄鐵或鑄鋼作為模具，這些金屬的熱導(dǎo)率都比鈦高，鈦液澆進(jìn)鑄型后產(chǎn)生的熱量迅速被傳走；鈦液澆入鑄型與型面接觸后，立即凝固形成一層薄殼，從而可有效地加大鑄型的溫度梯度。但這些金屬模具的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較低，經(jīng)常出現(xiàn)斷裂導(dǎo)致模具報(bào)廢，降低了金屬模具重復(fù)利用的效果。而球墨鑄鐵通過球化和孕育處理得到球狀石墨，使得其具有更好的強(qiáng)度、延展性和抗沖擊性，在減弱振動(dòng)更利于降低應(yīng)力。球墨鑄鐵在研制過程中，能完好的重復(fù)利用更多次，大大提高了生產(chǎn)效率，且其良好的延展性也能減小鈦液凝固收縮過程中的應(yīng)力，減少鑄件表面裂紋，改善了鑄件質(zhì)量。

模具外型采用球墨鑄鐵QT500-7，內(nèi)部不需存在裂紋、冷隔、夾雜以及穿透性缺陷。模具的芯子采用機(jī)加工石墨模具，石墨不能有裂紋，其斷口結(jié)晶要細(xì)密，空洞要小。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 模型設(shè)計(jì)

鑄件材質(zhì)為ZTC4，形狀結(jié)構(gòu)為圓筒狀405×310mm、壁厚4mm，本鑄件設(shè)置收縮量為0.7%，外表面再偏置0.2mm。

變壓器的功能便是電壓的合理調(diào)換。如今，節(jié)能型變壓器已經(jīng)涌現(xiàn)在好多地方。顯著的優(yōu)點(diǎn)是，以更少的損耗來運(yùn)行。無論是單相配變還是三相配變，都擁有了新的功能。一些變壓器還能應(yīng)對一些特殊的要求，結(jié)合考慮到噪聲等問題，更好的服務(wù)于居民。有條件的農(nóng)村，可以用新變壓器替換村里的老式S7及以下型號的變壓器。

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1，采用開放式澆注系統(tǒng)，該鑄件澆鑄系統(tǒng)分為上中下三層，上層設(shè)置米字澆道，中層和下層設(shè)置十字澆道，保證鑄件能順利充滿采用60mm主澆道連接三層米字橫澆道(25×25mm)直接通于鑄件厚大部位處，主澆道與橫澆道的總截面積比約為1∶2.5。

外型的分型面選擇應(yīng)在鑄件外表面，因?yàn)閳A形結(jié)構(gòu)且四周有結(jié)構(gòu)，為了防止銳角和增加模具的使用壽命，可從圓心向外輻射分型，便于增加模具的使用壽命，距外壁25mm處改直線分型，便于后續(xù)模具的拆分。

2)接地極線與直流線路共塔后，由雷擊引起的雙極閉鎖風(fēng)險(xiǎn)會有所增加，其本質(zhì)原因?yàn)榻拥貥O線的絕緣水平較低，雷擊引起極導(dǎo)線閃絡(luò)時(shí)易引起接地極線一同閃絡(luò)。

2.2 模具加工檢驗(yàn)

根據(jù)模具三維圖，運(yùn)用三維造型軟件編制數(shù)控加工程序，由數(shù)控機(jī)床完成高精度模具加工。加工完畢后檢驗(yàn)，將每個(gè)模具尺寸逐一測量，按照二維圖紙和表單所給的尺寸和公差判斷是否合格。經(jīng)數(shù)控機(jī)床加工的模具，尺寸公差可以達(dá)到±0.1mm，金屬模具表面粗糙度達(dá)到Ra3.2～Ra6.3。

鑄件澆鑄后宏觀表面質(zhì)量如圖4所示，表面流痕、冷隔缺陷較少，并且表面光滑，粗糙度可達(dá)到6.3μm。鑄件表面的流痕是有鈦液進(jìn)入型腔形成較薄而又不完整的金屬層后，被后來的鈦液所彌補(bǔ)留下的痕跡。

2.3 模具預(yù)處理

金屬模具窗口圓角處出現(xiàn)輕微粘接，輕微粘接原因?yàn)槟＞叽翱趫A角小，模具表面被高溫鈦液融化，凝固收縮應(yīng)力釋放，導(dǎo)致此圓角處輕微粘接。圓角修磨增大后可以正常使用。金屬模具表面使用砂紙打磨，不影響金屬模具質(zhì)量，可以重復(fù)使用約40～50次，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期。

機(jī)加工石墨具有很強(qiáng)的吸氣能力以及內(nèi)部有很發(fā)達(dá)的空隙，故其需要在真空爐進(jìn)行除氣處理。處理前先對除氣爐子檢查（檢查電源和控溫及控制系統(tǒng)）和清理，防止?fàn)t內(nèi)出現(xiàn)污染物，模具表面的污染物也需清理干凈。除氣工藝：溫度1000℃，保溫4h，真空度小于1Pa，隨爐冷卻后出爐。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 金屬模具表面質(zhì)量

澆鑄后分型，觀察金屬模具表面狀態(tài)如圖3。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)調(diào)查，當(dāng)前市場上實(shí)際再制造產(chǎn)品的價(jià)格約為新產(chǎn)品價(jià)格的60%～70%[15]，取α∈(0.6,0.7)，同時(shí)假設(shè)該區(qū)域的消費(fèi)者對新產(chǎn)品的最大支付意愿M為定值1000。

金屬模具應(yīng)去除突起棱角結(jié)構(gòu)，機(jī)加工后的金屬模具必須經(jīng)過烘烤處理，以便把模具表面存在的半脫離狀態(tài)的車屑氧化去除和使新加工的鑄鐵鑄型表面被鈍化。處理前先對爐子檢查（檢查電源和控溫系統(tǒng)）和清理，防止?fàn)t內(nèi)出現(xiàn)污染物，模具表面也要清理或清洗干凈。烘烤工藝：溫度400℃，保溫3h，隨爐冷卻后出爐。

芯子因中間有澆道，故中間需分開加工，并設(shè)置止扣便于組型。

鑄件本體上切割試樣進(jìn)行金相組織測試，試樣表面存在著極薄的擴(kuò)散層，元素向機(jī)體內(nèi)部發(fā)生了擴(kuò)散，厚度為40.6μm，與石墨型鑄造和熔模精密鑄造的污染層厚度相當(dāng)，可以通過噴砂或酸洗等方式進(jìn)一步去除。

3.2 鈦鑄件表面質(zhì)量

面向柔性作業(yè)車間調(diào)度優(yōu)化模型中有子批量的加工批量、子批量選擇的工藝路線、工序選擇的機(jī)床、工序在機(jī)床上選擇的刀具、工序在機(jī)床上選擇的夾具、工序在機(jī)床上的加工順序以及工件流轉(zhuǎn)過程選擇的搬運(yùn)設(shè)備7個(gè)變量，MOSA算法中解的表現(xiàn)形式如圖2、式(25)和式(26)所示。

鑄件熱等靜壓后做熒光檢測，如圖5所示，鑄件表面質(zhì)量較好，表面熒光裂紋相對較少，無明顯的線性裂紋。

金屬型的導(dǎo)熱系數(shù)比石墨型低，可以減緩鈦液的凝固速率，減少鑄件表面的流痕、冷隔等缺陷，改善了鑄件的表面質(zhì)量。

經(jīng)查閱資料可知，金屬模具頭一兩次使用，模具表面易出現(xiàn)粘接現(xiàn)象，后續(xù)使用會有所改善。

文化負(fù)載詞匯(culture-loaded words)是指標(biāo)志某種文化中特有的詞，詞組和習(xí)語。這些詞匯反映了特定民族在漫長的歷史進(jìn)程中逐漸累積的有別于其他民族的、獨(dú)特的活動(dòng)方式。(廖七一，2002：232)如何在跨文化交際中跨越新興語言帶來的語義空缺和交流障礙，是當(dāng)代譯者應(yīng)該思考的問題，我們應(yīng)該重視文化負(fù)載詞的翻譯。不論是直譯，釋義，直譯+意譯，或者文化替換的策略，其效果都各有所長，又相輔相成。翻譯文化負(fù)載詞，并沒有唯一不變的翻譯模式，譯者應(yīng)該在充分理解源語的前提下，尋求好的翻譯策略，達(dá)到絕佳的翻譯效果。

3.3 鈦鑄件內(nèi)部質(zhì)量

內(nèi)部質(zhì)量用X射線檢驗(yàn)，產(chǎn)品在鑄件狀態(tài)下，按GJB1187A進(jìn)行，并按HB6573 I類B級進(jìn)行評判，首次探傷缺陷統(tǒng)計(jì)見表1。

由表可知，金屬型鈦鑄件內(nèi)部缺陷有縮孔和夾雜共計(jì)6處，金屬模具強(qiáng)度高不存在掉渣情況，內(nèi)部質(zhì)量良好。

4 結(jié)論

（1）采用球墨鑄鐵做金屬模具澆鑄鈦合金，金屬模具表面質(zhì)量良好，可以多次重復(fù)使用，降低生產(chǎn)成本。

金色的秋天，層林盡染，丹桂飄香，碩果累累。在群山環(huán)抱、風(fēng)景如畫的鞍子鎮(zhèn)干田村7組，一張張白色的防護(hù)網(wǎng)罩在稻田上，村民任昌奎正手端小盆，將一碗碗飼料撒向田間。一群群黑黝黝的泥鰍不時(shí)探出頭來搶食，又以極快的速度鉆入水中，一派祥和、靜謐、豐收、天人合一的美麗鄉(xiāng)村自然景象。

（2）金屬型鑄造鈦合金鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量良好，金相組織檢測鑄件表面污染層厚度小于0.05mm。

[1] 東興，梁精龍，李慧，等．鈦合金研究及應(yīng)用進(jìn)展[J]．鑄造技術(shù)，2016．37(10)：2065-2066.

[2] 朱知壽．我國航空用鈦合金技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]．航空材料學(xué)報(bào)，2014，34(4)：44-50.

[3] 南海，謝成木．國外鑄造鈦合金及其鑄件的應(yīng)用與發(fā)展[J]．中國鑄造裝備與技術(shù)，2003(06)：1-3.

[4] 肖樹龍，陳玉勇，朱洪艷，等．大型復(fù)雜薄壁鈦合金鑄件熔模精密鑄造研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]．稀有金屬材料與工程，2006，35(5)：678-681.

[5] 游濤，吳鵬，姚謙，等．一種鈦合金鏡筒的石墨型離心鑄造工藝[J]．鑄造，2012，61(4)：434-436.

[6] 姜延亮，劉鴻羽，馬志毅，等．鈦合金金屬型鑄造工藝研究[J]．鑄造，2016，65(5)：454-458.