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：：密度小 (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。 钛及钛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修的频率。
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) 。 叶轮的外形尺寸为准351mm×280mm ，，铸造精度为CT8级，，每个叶片遵循水力争其流道的尺寸和状态须切合图纸要求，， 叶轮理论不允许有裂纹、冷隔等缺点存在，，铸件尺寸精确，，流道理论光滑。
在钛合金泵中，，叶轮属于复杂薄壁件，，重量较轻，，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。凭据样板划线制作外型和型芯，， 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，， 其数量和截面巨细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理论氧化。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，，铸件理论庞易产生气孔。
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，，铸件理论光滑，，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，， % )
| 名称 | 重要成分 | 杂质，，不大于 | ||||||
| Ti | Fe | Si | C | N | H | O | 其它元素 | |
| ZTA2 叶轮 | 余量 余量 | 0.3 0.045 | 0.15 0.010 | 0.10 0.009 | 0.05 0.030 | 0.015 0.001 | 0.35 0.06 | 0.4 - |
表 2 叶轮的室温力学机能
| 名称 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 伸长率(%) | 硬度(HB) |
| ZTA2叶轮 | ≥440 476 | ≥370 405 | ≥13 21 | ≤235 155 |
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 ． 钛及钛合金铸造 [M]． 北京：： 机械工业出版社，，2004．
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