专利名称：一种轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法
技术领域：
本发明涉及汽车工业中所使用的排气门，特别提供了一种轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法。
背景技术：
目前汽车工业中所使用的排气门其结构材料为钢，其主要缺点是阀体重，使用温度为650℃以下。钛铝基合金由于其诱人的性能优势，其应用范围逐渐向民用领域中扩展。钛合金的熔炼往往采用感应熔炼的方法，但是存在高熔点元素均匀性较差的问题。人们曾经利用粉末冶金的方法来制备排气门底座，但是成本较高且工艺复杂。采用金属型离心铸造的方法可以较大程度降低排气门的生产成本，但是到目前为止尚没有见到相关的报道。
发明的技术内容本发明的目的在于提供一种轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法，用该方法可以生产出高质量的轻质耐高温钛铝基合金排气门，并且制备成本较低。
本发明提供了一种轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法，其特征在于采用二次熔炼技术，即自耗电弧炉中进行一次熔炼，在感应熔炼炉中坩埚中进行二次熔炼，并离心铸造成型，浇铸工艺为浇铸功率280±10kW，铸型采用材料主要为模具钢的镶块式结构的金属型，入口长度为80～150mm，铸型预热温度为500～800℃，转台转速为300～500r/min。
本发明轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法中，第二次熔炼的具体工艺可以为首先对铸锭进行低功率热烘，然后将熔化功率提高至250±10kW进行8±1min的保温直至母料温度均匀，进一步提高熔炼功率至320±10kW并保温4±1min，炉料完全融化后降低功率至浇铸功率。
本发明轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法中，第一次熔炼所采用的原材料为海绵钛、高纯铝屑、铬粉和铝铌中间合金。
本发明综合考虑了浇铸功率、铸型结构工艺参数以及浇铸工艺参数对铸件表面和内部质量的影响，通过工艺参数优化，使铸件在获得较好表面质量的同时，其内部的微观缩松沿铸件中心轴线分布，提高了热等静压后的铸件成品率。通过浇铸工艺参数优化，在进行热等静压之后，全部铸件均未发生弯曲现象。按照标准工序对排气门胚件进行热等静压、机械加工、表面处理后得到成品。
总之，采用本发明方法浇铸所得排气门具有较好的表面质量，微观缩松沿铸件中心线分布，12组用于热等静压的胚件均未发生弯曲变形。经热等静压处理之后的排气门显微组织结构为双态组织，具有较好的成分均匀性，特别是高熔点合金元素铬和铌都实现了均匀分布。室温抗拉强度约为580MPa，延伸率为2％左右；高温(815℃)抗拉强度约为470MPa，延伸率为10％左右，满足排气门工作环境的要求。使用该排气门可实现阀体减重50％左右，工作温度由原来的600℃提高到850℃左右。
具体实施例方式按照合金理论成分进行配料后(所采用的原材料为海绵钛、高纯铝屑、铬粉和铝铌中间合金，中间合金的采用更有利于高熔点合金元素铌的熔化)，将散料在液压机上压制成为柱状棒材，将两组棒材焊接在一起在自耗电弧炉中进行一次熔炼，熔炼成柱状铸锭。在感应熔炼炉中坩埚中进行二次熔炼，首先对铸锭进行低功率热烘，然后将熔化功率提高至250kW进行8min的保温直至母料温度均匀，进一步提高熔炼功率至320kW并保温4min，炉料完全融化后降低功率至280kW浇铸，采用二次熔炼工艺，所生产铸件具有较好的成分均匀性。
铸型采用结构材料主要为模具钢的金属型，采用镶块式结构，其入口段长度为80～150mm。铸裂预热温度为500～800℃，采用的转台转速为300～500r/min。
实施例1转台转速为300r/min，入口长度为100mm，铸型预热温度为500℃；熔炼功率提高到250kW时直接进行浇铸，铸件冒口内存在未熔化的金属铬和铌；熔炼功率为320kW进行浇铸，铸件表面流痕遍布，甚至出现毛刺；将熔化功率提高至250kW进行保温直至母料温度均匀，进一步提高熔炼功率至320kW，炉料完全融化后降低功率至280kW浇铸，未出现未熔物，铸件表面质量优良，铬和铌分布均匀。
实施例2转台转速为300r/min，铸型预热温度为500℃，采用二次熔炼工艺入口段长度为40mm时，铸件经热等静压处理后发生严重弯曲；入口段长度为70mm时，铸件经热等静压处理后略为发生弯曲；入口段长度为100mm时，铸件经热等静压处理后未发生弯曲；实施例3转台转速为300r/min，采用二次熔炼工艺不对铸型进行预热时，铸件内部出现明显缩孔；铸型预热温度为300℃时，铸件内部质量略有改善；铸型预热温度为500℃时，铸件内部质量得到进一步的提高；实施例4
入口长度为100mm，铸型预热温度为500℃，采用二次熔炼工艺在静态条件下进行浇铸，铸件内部出现明显的缩松缺陷；转台转速为150r/min时，铸件内部的缩松缺陷得到改善；转台转速为300r/min时，铸件内部质量得到进一步的提高。
权利要求
1.一种轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法，其特征在于采用二次熔炼技术，即自耗电弧炉中进行一次熔炼，在感应熔炼炉中坩埚中进行二次熔炼，并离心铸造成型，浇铸工艺为浇铸功率280±10kW，铸型采用材料主要为模具钢的镶块式结构的金属型，入口长度为80～150mm，铸型预热温度为500～800℃，转台转速为300～500r/min。
2.按照权利要求1所述轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法，其特征在于所述二次熔炼的具体工艺为首先对铸锭进行低功率热烘，然后将熔化功率提高至250±10kW进行8±1min的保温直至母料温度均匀，进一步提高熔炼功率至320±10kW并保温4±1min，炉料完全融化后降低功率至浇铸功率。
3.按照权利要求1所述轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法，其特征在于所述一次熔炼所采用的原材料为海绵钛、高纯铝屑、铬粉和铝铌中间合金。
全文摘要
一种轻质耐高温钛铝基合金排气门的制备方法，其特征在于采用二次熔炼技术，即自耗电弧炉中进行一次熔炼，在感应熔炼炉中坩埚中进行二次熔炼，并离心铸造成型，浇铸工艺为浇铸功率280±10kW，铸型采用材料主要为模具钢的镶块式结构的金属型，入口长度为80～150mm，铸型预热温度为500～800℃，转台转速为300～500r/min。采用本发明方法浇铸所得排气门具有较好的表面质量，微观缩松沿铸件中心线分布，用于热等静压的胚件均未发生弯曲变形。经热等静压处理之后的排气门显微组织结构为双态组织，具有较好的成分均匀性，特别是高熔点合金元素铬和铌都实现了均匀分布。室温抗拉强度约为580MPa，延伸率为2％左右；高温(815℃)抗拉强度约为470MPa，延伸率为10％左右，满足排气门工作环境的要求。使用该排气门可实现阀体减重50％左右，工作温度由原来的600℃提高到850℃左右。
文档编号B22D13/00GK1490100SQ0213320
公开日2004年4月21日 申请日期2002年10月17日 优先权日2002年10月17日
发明者盛文斌, 杨锐, 刘羽寅, 徐东生, 李 东 申请人:中国科学院金属研究所