钛合金真空铸造
材质：工业纯钛TA2（C-2/B367）、TC4钛合金（C-5/B367）
钛在高温下与氧、氮、氢反应极为剧烈，熔点附近即大量吸气，因此钛合金熔炼与浇注必须在真空或惰性气氛下进行。铸造工艺上多采用真空自耗电弧凝壳炉熔炼、石墨型或特种陶瓷型壳、离心浇注，并配合热等静压（HIP）消除内部缺陷，才能获得满足航空与化工要求的铸件。
工艺概述与难点
钛在高温下与氧、氮、氢反应极为剧烈，熔点附近即大量吸气，因此钛合金熔炼与浇注必须在真空或惰性气氛下进行。铸造工艺上多采用真空自耗电弧凝壳炉熔炼、石墨型或特种陶瓷型壳、离心浇注，并配合热等静压（HIP）消除内部缺陷，才能获得满足航空与化工要求的铸件。
- 高温活性极高，熔炼浇注必须全程真空/氩气保护
- 与常规耐火材料反应剧烈，型壳材料选择受限
- 铸件表面易形成富氧α-case硬化层，须完全去除
- 氢脆敏感，氢含量控制与除氢处理要求严格
关键工艺参数与控制要点
- 熔炼：真空自耗电弧熔炼（VAR）制备电极，真空感应凝壳炉熔炼浇注，真空度保持高真空，防止气体污染。
- 型壳制备：石墨型（铸造石墨加工而成）或ZrO2/Y2O3面层陶瓷型壳，禁止SiO2基型壳以避免界面反应层；型壳充分焙烧。
- 浇注：多采用离心浇注提高充型能力，金属液充型时间短；浇注温度按牌号控制（TA2约1700～1750℃，TC4约1650～1700℃）。
- α-case去除：机加工或酸洗（HF+HNO3混合酸）去除表面富氧硬化层，酸洗量按α-case深度留足余量。
- 热等静压（HIP）：900～950℃、100～150 MPa压力下HIP处理，闭合内部缩松，显著提高疲劳强度与可靠性。
- 检测：射线检测+金相测α-case厚度+气体含量分析（O、N、H）+力学性能取样。
常见缺陷与预防
| 常见缺陷 | 成因 | 预防措施 |
|---|---|---|
| 气孔 | 氢/氧含量超标 | 真空熔炼+电极纯净+除氢处理 |
| α-case过厚 | 型壳反应或冷却过程吸气 | 惰性型壳+保护气氛+控制冷却 |
| 冷隔/浇不足 | 充型能力不足 | 离心浇注+提高过热度+型壳预热 |
| 缩松 | 补缩不足 | 离心补缩+HIP致密化 |
相关材质推荐
以下组合页给出了对应材质与零件的铸造/加工技术数据：
检测与验收
- 气体分析：O≤0.20%、N≤0.05%、H≤0.015%（TC4）
- RT射线检测内部质量，金相测α-case厚度
- HIP后UT复检，力学性能按GB/T 15073取样
- 表面荧光渗透（FPI）检测开口缺陷
延伸阅读与选型
- 材质技术参数：中美欧材质牌号对照表、材质库总览
- 检测标准：检测标准与验收规范
- 质量体系：质量管理、制造能力
- 选型参考：耐腐蚀选型中心
- 延伸阅读：镍基合金 vs 钛合金：耐蚀材料对比、ROV/AUV深海耐压壳体精密铸造
- 同类工艺：2507双相钢精铸工艺要点、2205双相钢砂铸控制、镍基合金铸造难点
- 更多工艺：工艺指南中心、生产流程
常见问题
钛合金为什么不能在大气中熔炼？
钛在高温下剧烈吸氧、吸氮、吸氢，大气熔炼会使材料脆化并严重降低塑性，必须在真空或惰性气氛下进行。
钛铸件表面的α-case必须去除吗？
必须。α-case是高硬富氧层，脆且易产生微裂纹，会显著降低疲劳性能，需通过机加工或酸洗完全去除。
钛合金铸件为什么普遍做HIP？
钛铸件对内部缩松敏感，HIP可在高温高压下闭合孔洞，显著提升致密度与疲劳寿命，是航空钛铸件的标准工序。