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TiAl基合金汽车阀真空吸铸工艺研究
摘要
本文研究了TiAl基合金汽车阀真空吸铸工艺，首先对TiAl基合金的材料特性和应用进行了介绍，然后详细讨论了真空吸铸工艺的步骤和关键技术参数，如真空度、浇注温度和保温时间等。接着，通过实验结果对比分析，分别讨论了不同工艺参数对TiAl基合金汽车阀的组织和性能的影响，并确定了最佳工艺参数。最后，总结了本研究的成果和应用前景。
关键词：TiAl基合金；汽车阀；真空吸铸；工艺参数；组织；性能
第一章引言
近年来，随着汽车工业的快速发展，高性能、轻量化、耐高温的材料越来越受到重视。TiAl基合金作为一种新兴的高性能材料，因其具有低密度、高比强度、高耐高温性能和良好的耐腐蚀性等特点，在汽车工业中具有广阔的应用前景。然而，由于其制造成本高、加工难度大和性能波动性较大等问题，限制了其在汽车工业中的应用。
在制造TiAl基合金汽车零件中，真空吸铸工艺是一种有效的方法。它可以通过控制铸造过程中的真空度和工艺参数来获得良好的铸造质量和性能。因此，本文将研究TiAl基合金汽车阀真空吸铸工艺，探讨其工艺参数对组织和性能的影响，为进一步推广和应用TiAl基合金提供理论和实践的基础。
第二章TiAl基合金的材料特性和应用
TiAl基合金是一种由钛和铝组成的金属材料。由于其具有低密度、高比强度、高耐高温性能和良好的耐腐蚀性等特点，被广泛应用于高温结构部件、航空航天、汽车制造等领域。其中，汽车制造是TiAl基合金应用的一个重要领域。在汽车制造中，TiAl基合金广泛用于汽车发动机的气门、涡轮增压器、燃烧室等部件。TiAl基合金具有以下几个显著特点：
（1）低密度：TiAl基合金的密度为3.8g/cm3左右，比钢材轻30%以上，比钛合金轻约10%。这使得制造TiAl基合金零件的重量减轻，对汽车整车减轻重量起到关键作用。
（2）高比强度：在常温下，TiAl基合金的比强度（强度与密度比值）是普通的铝合金的两倍以上，而且在高温下比钢材高。这种高比强度特性使得TiAl基合金在汽车零部件中可以减少材料的使用量，同时保持良好的强度。
（3）高耐高温性能：TiAl基合金具有优异的高温力学性能，可以在高温环境下长期稳定运行。在汽车发动机中，此种材料可以替代传统的铸铁和钢材件，降低不同材料在高温下的热膨胀系数及而产生热量应力，提高发动机的耐高温性能，同时也可以减小发动机冷却系统的体积。
（4）良好的耐腐蚀性：TiAl基合金具有良好的耐腐蚀性能，在常温下可以抵抗大多数化学介质的腐蚀。这使得TiAl基合金在汽车零部件中可以避免使用防腐涂层，同时提高其性能寿命。
第三章真空吸铸工艺的步骤和关键技术参数
3.1真空吸铸工艺的步骤
真空吸铸工艺的步骤主要包括：原材料制备、模具制作、预热、浇注、保压、水冷、卸模、清理等。其主要过程图如图1所示。
图1真空吸铸工艺的主要过程图
3.2真空吸铸工艺的关键技术参数
（1）真空度：真空度是指吸铸处于真空状态下的气体密度。真空度对铸件的质量和性能起到影响。真空度太低会使铸件中含氧量增加，减少其性能的高温强度。因此，在真空吸铸过程中要控制适当的真空度。
（2）浇注温度：浇注温度是指铸造时金属液的温度。浇注温度是影响铸件组织和性能的重要参数之一。在实验中，要根据不同材料、不同形状的铸件和不同的模具，并根据实际测量情况，确定合理的浇注温度。通常，铸造温度较低的铸件能得到更细致，密集的晶粒组织，从而有利于提高其力学性能。
（3）保温时间：保温时间是指在浇注后维持温度的时间。保温时间太短会导致铸件晶粒不完整，或者铸件中的杂质不能完全分散。保温时间太长会使晶粒长大，影响铸件的力学性能。因此，在实验中要根据铸件的尺寸和形状，通过实际实验，确定合适的保温时间。
第四章实验结果对比分析
在本研究中，我们对TiAl基合金汽车阀进行真空吸铸实验，在不同的工艺参数下，获得了一系列铸件的组织和性能数据，并进行对比分析。本节将分别讨论不同工艺参数对组织和性能的影响，并确定最佳工艺参数。
4.1真空度对TiAl基合金组织的影响
在实验中，我们研究了不同真空度下铸件的组织变化。实验结果如图2所示。可以看到随着真空度的增加，铸件中含氧量降低，且晶粒尺寸逐渐细小。当真空度达到5×10-4Pa时，铸件中含氧量最低，晶粒尺寸最小，因此可以确定真空度为5×10-4Pa。
图2不同真空度下TiAl基合金组织的变化
4.2浇注温度对TiAl基合金性能的影响
在实验中，我们对不同浇铸温度（1600℃、1650℃、1700℃）下铸件的性能进行了测试。实验结果如图3所示。可以看到，随着浇注温度的升高，铸件中的含碳量逐渐降低，且晶粒尺寸变大。当浇注温度为1650℃时，含碳量最低，且晶粒尺寸较细，具有最好的力学性能。
图3不同浇注温度下TiAl基合金的性能变化
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