CN101480714B - 一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，特征是铸字为凸字时，预先制作和铸字相同的凹字陶瓷块，陶瓷块形状和铸字部分铸件外形一致，大小以能完全覆盖铸字为准，材质为不与液态钛起化学反应的陶瓷材料，浇注前在石墨型表面挖出和陶瓷块一致的形状，把预制陶瓷块镶入石墨模具中后，经过900℃高温真空焙烧3小时后冷至室温后浇注。铸字为凹字时做成凸字陶瓷块。本工艺可以有效避免局部石墨的激冷作用，提高钛充型能力，解决了泵阀等产品的铸字难题，基本避免了铸字缺陷；减少了补焊和雕刻等工序，已应用于泵阀类钛铸件等产品的生产，铸件表面铸字的成品率由20％左右提高到90％以上，降低了铸件的修整成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金铸造工艺技术，特别是涉及一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法。
背景技术
金属钛是一种性能优异的金属材料，具有比强度高、抗腐蚀性能好、无磁性、综合性能优良的特点，使其广泛应用于航空、航天、航海、化工、体育等领域，取得了明显的技术经济效益。机加工石墨型工艺是钛和钛合金采用的造型方法之一，适用于各种结构的小批量铸件生产，其原理为采用高纯度石墨化的人造石墨电极或块，通过机加工或手工制作成部件，高温焙烧后组合而成。目前，已有大量的关于机加工石墨型工艺的文献资料。例如《铸造》1998年3期的《钛及钛合金铸造用石墨型的制造》就介绍了一种机加工石墨型工艺，其具体方法是依据石墨强度低易加工的特点，制作合适的石墨分型和分块工艺，然后对石墨进行车、钻、铣、刨和手加工，加工后的石墨块组合后获得完成的模具型腔，之后进行石墨模具的高温焙烧和铸件浇注。同时，在钛合金铸造时使用陶瓷型芯也是成熟的工艺方法，申请号为200510047856.5的中国专利介绍一种钛合金精铸用陶瓷型芯材料，由氧化锆60-85％、氧化钇4-20％、氧化钙4-20％、石蜡5-10％、蜂蜡0.25-0.5％、聚乙烯0.05-0.25％、油酸0.4-0.8％组成，将上述原料混和加热后成型即可得到料锭或陶瓷材料。
但是在采用机加工石墨型工艺浇注铸件时存在以下不足：
1、机加工石墨型的导热性好，加之钛液的比热小容易凝固，造成浇注时充型能力较差。
2、机加工石墨造型方法，铸型采用活动块组合式结构方式，铸型分块较多，而且铸型内部有大量活块，不宜采用离心浇注工艺。
在各类钛铸件中，许多铸件(如泵、阀)表面有字体和图案，此类铸件的结构决定其适合采用机加工石墨工艺，一般的工艺方法为在石墨型表面用木工铲铲出铸字形状，但因石墨型工艺的不足造成铸字浇注不能顺利充型。
对铸件表面铸字浇不足的情况一般采取在浇不足部位堆焊然后用雕刻机重新雕刻出字体的方法补救。此方法造成铸件后处理时间增和成本增加，并且雕刻出的字体大小深浅不一，影响铸件表面质量。
目前，现有的机加工石墨型铸字工艺为在石墨模型上铲出字体形状，然后浇注成型。由于存在石墨激冷等不利因素，成功率很低。因此，迫切需要一种工艺方法，能够提高铸字的充型能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，可以克服石墨的激冷因素，提高铸字的浇注成功率，特别是为泵阀等表面有字体的铸件顺利浇注提供一种可靠的工艺方法。
为解决这些技术问题，本发明的一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，采用了下述的新的铸字工艺方法：铸字为凸字时，预先制作和铸字相同的凹字陶瓷块，陶瓷块形状和铸字部分铸件外形一致，大小以能完全覆盖铸字为准，材质为不与液态钛起化学反应的陶瓷材料，浇注前在石墨型表面挖出和陶瓷块一致的形状，把预制陶瓷块镶入石墨模具中，然后按照常规工艺进行浇注。铸字为凹字时做成凸字陶瓷块，其它相同。所述材质为不与液态钛起化学反应的陶瓷材料，可以选用和申请号为200510047856.5的中国专利介绍的钛合金精铸用陶瓷型芯材料相同的工艺制作，将陶瓷粉料混合均匀后压入热芯盒中成型，成型后将型芯坯体加热至1600℃-1700℃烧结48h即可。
本发明的一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，优选的技术方案可以是：预先制作和铸字相同的凹字陶瓷块，厚度不小于5mm。
本发明的一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，优选的技术方案还可以是：预制陶瓷块镶入石墨型中后，经过900℃高温真空焙烧3小时后冷至室温。其原因在于石墨具有很强的吸气能力，再加上它内部有很发达的孔隙，为获得质量好的铸件，石墨型浇注前应经900℃高温真空焙烧，冷却后然后按照常规工艺进行浇注。
本工艺的技术原理在于：由于石墨的热传导能力强，因此对浇注的合金钛具有激冷作用，从而使合金钛液体过早的凝固，失去流动性，不能充分进行字体的填充。通过采用预制陶瓷块镶入石墨型中，由于陶瓷的热传导系数低，浇注时能避免陶瓷块附近钛液的石墨激冷作用，提高钛液过热度，避免了合金钛液体过早凝固，从而提高陶瓷块附近钛液的充型能力，很细小的铸字也能浇注成功，解决了泵阀等产品的铸字难题，基本避免了浇不足等铸字缺陷，从而避免了浇注后的补焊和雕刻工作，提高钛铸件生产的工作效率，缩短生产周期和降低生产成本。
通过采用上述的技术方案，本发明的提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，其有益效果为：
本工艺可以有效避免局部石墨的激冷作用，提高钛充型能力，从而提高局部过热度，解决了泵阀等产品的铸字难题，基本避免了铸字缺陷；减少了因字体浇注不足造成的补焊和雕刻等工序，减少了钛铸件的生产成本，缩短生产周期；工艺已成功应用于泵阀类钛铸件等产品的生产，铸件表面铸字的成品率由20％左右提高到90％以上，降低了铸件的修整成本，缩短了生产周期，取得良好的经济效益。
具体实施方式
实施例1：某型化工用泵体铸件，材质为钛合金ZTA2，铸件约80kg。需在其表面铸出厂家标识和公称压力等文字，字体为在泵体表面80mm×50mm范围内的九个黑体阿拉伯字体和一个表示液体流动方向的箭头，要求为凸字，每个字体大小约20mm×20mm，字体(箭头)深度和宽度约为2mm，以往浇注一直不能成功铸出文字，需浇注后再雕刻字体，生产效率低且成本高。预制厚度为6mm大小为80mm×50mm的凹字陶瓷块，陶瓷块的成分为氧化锆70％、氧化钇5.5％、氧化钙13％、石蜡10％、蜂蜡0.5％、聚乙烯0.25％、油酸0.75％，将陶瓷粉料混合均匀后压入130℃热芯盒中成型，将成型的型芯坯体加热至1600℃-1700℃烧结48h，之后在石墨模具表面铲出此形状凹坑，将陶瓷块镶于该处石墨模具中，经过900℃高温真空焙烧3小时后冷却至常温，待钛合金ZTA2完全熔化后随即进行真空铸造浇注，能顺利浇注字体。采用该工艺该泵已浇注3批共15件，未出现字体不能成形现象。
实施例2：某船用钛合金阀门，共2000余件，材质为钛合金ZTA2，铸件约5kg。阀门铸件表面需铸字，字体为凸字，大小为3号字体大小的阿拉伯数字，字体的高度为1mm，数量为六个，分布范围为阀门表面35mm×20mm的区域。预制35mm×20mm×5mm的凹字钛合金精铸用陶瓷块，陶瓷块的成分为氧化锆70％、氧化钇5.5％、氧化钙13％、石蜡10％、蜂蜡0.5％、聚乙烯0.25％、油酸0.75％，将陶瓷粉料混合均匀后压入130℃热芯盒中成型，将成型的型芯坯体加热至1600℃-1700℃烧结48h，之后在石墨模具表面铲出此形状凹坑，将陶瓷块镶于该处石墨模具中，经过900℃高温真空焙烧3小时后冷却至常温，待钛合金ZTA2完全熔化后随即进行真空铸造浇注。采用该工艺的阀门铸字成功率达到90％，仅个别阀门需补焊和雕刻。
对比例：
某船用钛合金阀门，共200余件，材质为钛合金ZTA2，铸件约5kg。阀门铸件表面需铸字，字体为凸字，大小为3号字体大小的阿拉伯数字，字体的高度为1mm，数量为六个，分布范围为阀门表面35mm×20mm的区域。使用石墨模具，在石墨模具表面直接铲出字体形状，经过900℃高温真空焙烧3小时后冷却至常温，待钛合金ZTA2完全熔化后随即进行真空铸造浇注。由于石墨表面的激冷作用，造成过钛液热度低，阀门铸字成功率只有20％左右，多数需返工补焊雕刻字体。
Claims (3)
1.一种提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，其特征在于：在普通的钛合金机加工石墨型工艺浇注铸件时，铸字为凸字时预先制作和铸字相同的凹字陶瓷块，铸字为凹字时做成凸字陶瓷块；陶瓷块形状和铸字部分铸件外形一致，大小以能完全覆盖铸字为准，材质为不与液态钛起化学反应的陶瓷材料，浇注前在石墨型表面挖出和陶瓷块一致的形状，把预制陶瓷块镶入石墨型中，然后按照常规工艺进行浇注。
2.根据权利要求1所述提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，其特征在于：所述预先制作的陶瓷块厚度不小于5mm。
3.根据权利要求1所述提高钛合金表面铸字质量的工艺方法，其特征在于：预制陶瓷块镶入石墨型中后，经过900℃高温焙烧3小时后冷至室温后，按照常规工艺进行浇注。
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