钛合金作为一种新型工程结构资料， 它拥有优异的综合机能，如：密度幼 (4.5g/cm³ ) ，仅为通常结构钢的 56% ，强度可与高强度钢相媲美，委顿强度和抗裂纹扩大能力好，同时拥有低温韧性、优良的抗蚀机能等 [1] 
。 因而，它在航空、航天、舰船等工业部门获得日益宽泛的利用
。 钛脊合金铸件被用作泵体、叶轮、阀门等部件时，不只耽搁了设备的使用寿命，还降低了设备停车检建的频率
。

1、叶轮的结构特点

钛合金叶轮结构示意图如图 1 所示
Ｄ芄豢闯，此叶轮结构复杂，壁厚差距大，叶片部位薄 (5mm) ，叶片数量多 ( 均布22片 ) ，而轴孔处与扣环装配部位厚 (25mm) 
。 叶轮的表形尺寸为准351mm×280mm ，铸造精度为CT8级，每个叶片遵循水力争其流路的尺寸和状态须切合图纸要求， 叶轮表表不允许有裂纹、冷隔等缺点存在，铸件尺寸精确，流路表表光滑
。

在钛合金泵中，叶轮属于复杂薄壁件，沉量较轻，不仅铸造工艺出品率低，并且制品率也不高
。

2、叶轮的工艺分析及铸造

2.1 分型面的选择

机加工石墨型的分型多种多样， 受限度成分较少，在现实的出产中，确定分型面时，要把稳以下准则： ① 应选择在最大平面上， 削减过多分型面和错位

； ② 有利于浇注系统的设置

； ③ 有利于模具的加工、装配和使用寿命

； ④ 不能影响铸件的尺寸精度

；⑤ 确保下芯操作方便，型芯安放不变 [2] 
。

为此，高凳捉向以铸件中心线为分型面，型芯做成整体型
。凭据样板划线造作表型和型芯， 此铸型的型腔和型芯状态及尺寸依附加工中心实现
。

2.2 浇铸系统的选择

凭据叶轮的结构特点，叶轮轴孔处是厚实部位，热节最大， 易产生缩孔缺点， 故选用底注式浇铸工艺，同时在轴孔的顶端设置冒口，通过浇注系统进行补缩，钛液从叶轮下型的轴孔处引入，有利于铸件依照挨次凝固准则进行凝固，达到更好的补缩成效
。此浇注工艺步骤可实现一炉多件叶轮铸件的浇注，大大提高了铸件出品率和制品率
。

2.3 增长铸型的通气能力

通气性差是石墨型资料自身固有的弊端之一
。气体在钛中的溶化拥有放热效应，即温度的升高，溶化度降低，从液态向固态转变时，气体在钛中的溶化度产生突变， 这是钛液凝固过程中气孔形成的重要成分
。为增长铸型的通气能力，可沿铸型分型面圆周上开若干排气孔， 在叶片对应的上型面均匀设置排气孔， 其数量和截面大幼该当保障气体从铸型内迅 速排除，有利于削减和预防气孔的产生
。

2.4 铸型的除气

加工完石墨铸型和型芯，往往含有水分、油污和高温挥发物，必须在浇注前除掉这些杂质
。铸型除气是在真空炉内进行，加热的温度为900~950℃ ，保温功夫为 2~4h ，保温实现后，在真空状态下随炉冷却，温度降至 350℃ 以下，可终场抽真空，铸型出炉温度不得高于 300℃ ， 预防引起石墨铸型和型芯表表氧化
。真空除过气的石墨铸型在组型时，不能直接搁置在地面上，由于地气的作用，除过气的石墨铸型很容易吸收地表的潮气，当高温钛液浇入铸型时，石墨铸型放气，铸件表表容易产生气孔
。

2.5 叶轮的浇铸

铸件选取耐侵蚀和焊接机能优异的 ZTA2 ，浇铸选取真空自耗电弧炉熔炼的二次铸锭
。 为了增长钛液在石墨铸型内的流动性， 浇注前铸型需进行预热，预热后的石墨铸型在真空自耗电极电弧凝壳炉内进行浇注，浇注实现后，随炉冷却 1~2h ，待铸件冷却至 300℃ 以下出炉
。 出炉后进行算帐型芯， 铸件经打磨、探伤、真空退火和喷砂处置，铸件表表光滑，无裂纹和冷隔景象
。 经检验，铸件尺寸齐全切合设计要求
。

3、成分及力学机能

对浇铸叶轮时的随炉试样取样分析， 拉伸试样按 GB/T6397 《金属拉伸试验试样》中的 R7 试样进行加工
。 拉伸试验按 GB/T288 《金属拉伸试验步骤》进行，硬度在冲击试样上测定
。测试了局如表 1 和表2 所示
。

表 1 叶轮的化学成分 ( 质量分数， % )

表 2 叶轮的室温力学机能

4、结论

通过对钛合金真空泵叶轮机加工石墨型铸造工艺的钻研，对石墨铸型进行预热，选用了底注式浇注工艺，通过浇注系统进行补缩，液体直接从叶轮厚实处引入， 有利于铸件按挨次凝固准则进行凝固并得到较好的补缩

；同时在铸型分型面上设置排气孔，在叶片对应的上型面均匀开排气孔， 铸造出质量良好的复杂钛合金真空泵叶轮铸件
。

参考文件：

[1] 娄贯涛 ． 钛合金的钻研利用近况及其发展方向 [J]． 钛工业进展， 2003(2) ： 9-13．

[2] 谢成木 ． 钛脊合金铸造 [M]． 北京： 机械工业出版社，2004．