CN103889614A - 用于铸造钛和铝化钛合金的铸模组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开主要涉及铸模组合物、模制方法和这样模制的制品。更具体地讲，本公开涉及用于铸造含钛制品的铸模组合物和方法，及这样模制的含钛制品。

Description

用于铸造钛和铝化钛合金的铸模组合物和方法
背景
现代燃气轮机或燃气涡轮机必须对可靠性、重量、功率、经济和运行工作寿命满足最高要求。在这些涡轮机的研发中，其中材料选择、对新适合材料的研究和对新制造方法的研究等在符合标准和满足要求方面起着重要作用。
用于燃气涡轮机的材料可包括钛合金、镍合金(也称为超合金)和高强度钢。对于飞机发动机，钛合金一般用于压缩机部件，镍合金适用于飞机发动机的热部件，高强度钢用于例如压缩机壳体和涡轮机壳体。高负荷或高应力燃气涡轮机组件，例如，用于压缩机的组件，一般为锻造部件。另一方面，用于涡轮机的组件，一般体现为熔模铸造部件。
虽然熔模铸造不是新方法，但随着对更错综复杂部件的需求增加，熔模铸造市场不断扩大。由于对高品质精密铸件的极大需求，持续需要研发一种更快、有效、便宜和更高品质地制造熔模铸件的新方法。
在铸造宝石和假牙业中使用的由熔融二氧化硅、方英石、石膏等组成的常规熔模铸造铸模化合物一般不适用于铸造反应性合金，例如钛合金。一个原因是由于在模制的钛和熔模铸造铸模之间有反应。
需要不与钛和铝化钛合金显著反应的简单熔模铸造铸模。以前已采用以陶瓷壳模用于钛合金铸件的途径。在现有实例中，为了减少常规熔模铸造铸模化合物的限制，已研发数种另外的铸模材料。例如，研发了一种氧化-膨胀类型的熔模铸造化合物，其中用氧化镁或氧化锆作为主要组分，并将金属锆加到主要组分，以补偿由于铸造金属固化导致的收缩。因此，也需要一种简单可靠的熔模铸造方法，所述方法允许从不与金属或金属合金显著反应的熔模铸造铸模中容易地取出近终形(near-net-shape)金属或金属合金。
概述
本公开的方面提供克服常规技术限制的铸模组合物、铸造方法和铸造制品。虽然本公开的一些方面可指向制造用于航空航天业的组件，例如发动机涡轮机叶片，但本公开的方面可用于制造任何工业中的任何组件，具体地讲，包含钛和/或钛合金的那些组件。
本公开的一个方面是用于铸造含钛制品的铸模组合物，所述铸模组合物包含铝酸钙水泥，该铝酸钙水泥包含一铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石。在一个实施方案中，铸模组合物进一步包含氧化铝的中空颗粒。本公开的另一个方面为包含铝酸钙的含钛制品铸模组合物。例如，本公开的一个方面可独特地适于提供用于铸造含钛和/或含钛合金的制品或组件(例如，含钛涡轮机叶片)的铸模中使用的铸模组合物。在一个方面，铸模组合物可进一步包含氧化铝，例如外部尺寸小于约10000微米的氧化铝颗粒。在另一个实施方案中，氧化铝包含可具有约10微米[μm]至约10,000微米外部尺寸的颗粒。
在一个实施方案中，铸模组合物中的氧化铝可占铸模组合物约0.5%重量至约80%重量。在另一个方面，氧化铝可占铸模组合物约40%重量至约60%重量。在另一个方面，氧化铝可占铸模组合物约40%重量至约68%重量。在另一个实施方案中，氧化铝为中空颗粒的形式，占氧化铝的约99%重量，并且可具有约10000微米或更小的外部尺寸。
在一个实施方案中，铸模组合物中的铝酸钙可以铝酸钙水泥的形式提供，例如，作为包含一铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石的铝酸钙水泥。在一个方面，一铝酸钙的体积分数为0.05-0.95，二铝酸钙的体积分数为0.05-0.80，钙铝石的体积分数为0.01-0.30。在一个实施方案中，一铝酸钙的体积分数为约0.1至约0.8，二铝酸钙的体积分数为约0.1至约0.6，钙铝石的体积分数为约0.01至约0.2。在另一个实施方案中，铝酸钙水泥中一铝酸钙的体积分数大于约0.5，铝酸钙水泥中钙铝石的体积分数小于约0.15。在一个实施方案中，铝酸钙水泥具有约50微米或更小的粒径。在另一个实施方案中，铝酸钙水泥占铸模组合物的大于30%重量。
在一个实施方案中，铸模组合物进一步包含氧化物颗粒，例如氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒和/或氧化硅颗粒或其组合。在另一个实施方案中，氧化物颗粒可为中空氧化物颗粒。在一个实施方案中，中空氧化物颗粒可以为中空矾土(即，氧化铝)球。在一个实施方案中，铸模组合物可进一步包含氧化钙。根据本公开的一个实施方案，铝酸钙水泥中的氧化钙可占铸模组合物大于约10%重量且小于约50%重量。例如，氧化钙可占铸模组合物大于约30%重量且小于约50%重量，或者氧化钙可占铸模组合物大于约25%重量且小于约35%重量。
在一个实施方案中，铸模组合物可用于熔模铸造铸模，例如，本公开的方面可用于提供“近终形”组件(例如近终形含钛涡轮机叶片等)的铸模所用的熔模铸造铸模组合物。在一个实施方案中，提供熔模铸造铸模组合物用于铸造近终形铝化钛制品，例如近终形铝化钛涡轮机叶片。
本公开的一个方面为形成用于铸造含钛制品的铸模的方法。该方法一般可包括：使铝酸钙与液体(例如，水)混合，以制备铝酸钙的液体浆料；将浆料引入包含短效模型(fugitive pattern)的模腔；和使浆料在模腔中固化以形成铸模，例如，用于铸造含钛制品的铸模。在一个实施方案中，方法可进一步包括在将浆料引入模腔之前向浆料中引入氧化物颗粒。形成的铸模可以是生坯铸模(green mold)，即，未固化的铸模，并且该方法可进一步包括烧制生坯铸模。
在另一个实施方案中，形成的铸模可以是熔模铸造铸模，例如用于熔模铸造含钛制品。在一个实施方案中，含钛制品包括铝化钛制品，例如近终形铝化钛制品，例如近终形铝化钛涡轮机叶片。
另外，本公开的一个方面为从本文所述铸模组合物形成的铸模。即，在一个实施方案中，本公开涉及从包含铝酸钙水泥的铸模组合物形成的铸模。本公开的另一个方面涉及在前述铸模中形成的含钛制品。
在另一个实施方案中，制品包括金属制品，例如，含钛金属制品。在一个方面，制品包括铝化钛涡轮机叶片。在另一个实施方案中，制品包括在安装前很少需要或不需要去除材料的近终形铝化钛涡轮机叶片。
本公开的一个方面涉及一种用于钛和钛合金的铸造方法，所述方法包括：得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物；将所述熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器；使所述熔模铸造铸模组合物固化；从铸模去除所述短效模型；将铸模预热到铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金倒入该经加热的铸模；使熔融的钛或钛合金固化，并形成固化的钛或钛合金铸件；和从铸模去除经固化的钛或钛合金铸件。
在一个实施方案中，在从铸模去除所述短效模型和将铸模预热到铸模铸造温度之间，可首先将铸模加热到约450℃至约900℃的温度，然后冷却到室温。在一个实施方案中，固化步骤在低于约30℃的温度进行1小时至48小时。在另一个实施方案中，去除短效模型包括熔融、溶解、点燃、烘箱脱蜡、熔炉脱蜡、蒸汽高压釜脱蜡或微波脱蜡。在一个实施方案中，在从铸模去除经固化的铸件后，可通过X射线或中子射线照相法检查铸件。
本公开的一个方面涉及通过本文所述铸造方法制造的钛或钛合金制品。即，在一个实施方案中，本公开涉及一种通过如下铸造方法制造的钛或钛合金，所述方法包括：得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物；将熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器；使熔模铸造铸模组合物固化；从铸模去除短效模型；将铸模预热到铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金倒入经加热的铸模；使熔融的钛或钛合金固化；和从铸模去除经固化的钛或钛合金。
本公开的一个方面涉及一种涡轮机叶片，所述涡轮机叶片包含钛或钛合金，并且具有在至少部分其表面区域内小于约20的平均粗糙度Ra。
通过对本公开的各种方面的以下详细描述并结合附图，本公开的这些和其它方面、特征和优势将变得明显。
附图简述
视为本发明的主题在说明书所附的权利要求书中特别指出并清楚地要求保护。通过本发明的方面的以下详述并结合附图，本公开的前述和其它特征和优势将容易理解，附图中：
图1为在x轴上描绘氧化铝的百分数并且在y轴上描绘温度的图形，显示初始铝酸钙水泥的各种氧化钙-氧化铝组成范围，并且显示根据所公开的实施方案的组合物的具体氧化铝百分数和温度范围。
图2a和2b用在1000℃烧制的铸模的横截面的反散射电子成像扫描电子显微镜图像显示在高温烧制后铸模显微结构的一个实例，其中图2a指向存在的氧化铝颗粒，图2b指向铝酸钙水泥。
图3a和图3b用在1000℃烧制的铸模的横截面的反散射电子成像扫描电子显微镜图像显示在高温烧制后铸模显微结构的一个实例，其中图3a指向存在的铝酸钙水泥和细尺度的氧化铝颗粒，图3b指向氧化铝颗粒。
图4a和4b用在1000℃烧制的铸模的横截面的反散射电子成像扫描电子显微镜图像显示在高温烧制后铸模显微结构的一个实例，其中图4a指向大尺度的氧化铝颗粒，图4b指向一铝酸钙颗粒。
图5和6示出高温烧制后铸模显微结构的实例，显示氧化铝和一铝酸钙，其中一铝酸钙与氧化铝反应生成二铝酸钙，并且一个实例中的铸模经烧制，以使钙铝石含量最大限度地减小。
图7a显示根据本公开的方面的流程图，图示说明形成用于铸造含钛制品的铸模的方法。
图7b显示根据本公开的方面的流程图，图示说明用于钛和钛合金的铸造方法。
发明详述
本公开主要涉及铸模组合物、铸模制造方法和从铸模铸造的制品，更具体地讲，涉及用于铸造含钛制品的铸模组合物和方法，及如此模铸的含钛制品。
从铸件应铸造成“近终形”的观点出发，在熔模铸造壳模中通过熔模铸造钛及其合金来制造钛基组件产生问题。“近终形”即，可将组件实质铸造成组件的最终所需尺寸，并且需要很少或不需要最终处理或机械加工。例如，一些常规铸件可仅需要化学研磨操作来去除铸件上存在的任何α-壳体(α-case)。然而，在铸件中位于α-壳体下的任何表面下陶瓷夹杂物一般不通过化学研磨操作去除，并且可由于铸模表面涂层与铸模中的任何反应性金属(例如，反应性铝化钛)之间的反应而形成。
本公开提供一种铸造近终形钛和铝化钛组件（例如，涡轮机叶片或翼面）的新途径。本公开的实施方案提供用于熔模铸造铸模的物质的组合物，和提供例如用于航空航天、工业和航运业的改进钛和钛合金组件的铸造方法。在一些方面，铸模组合物提供一种铸模，所述铸模包含在铸模制造期间提供改善的铸模强度和/或在铸造期间提供对与铸造金属反应增加的抗性的相。本公开的方面的铸模能够在高压下铸造，这对近终形铸造方法合乎需要。已确定例如包含铝酸钙水泥和氧化铝颗粒及优选的组成相的铸模组合物提供具有改善性质的铸件。
在一个方面，铸模的组成相包含一铝酸钙(CaAl2O4)。发明人发现一铝酸钙合乎需要出于至少两个原因。首先，发明人了解，据信一铝酸钙促进制造铸模制造初始阶段内水泥颗粒之间水硬性胶结的形成，据信这种水硬性胶结在铸模构造期间提供铸模强度。其次，发明人了解，一铝酸钙经历很低速率的与钛和铝化钛基合金的反应。在某些实施方案中，一铝酸钙以铝酸钙水泥的形式提供到本公开的铸模组合物，例如，熔模铸造铸模。在一个方面，铸模组合物包含铝酸钙水泥和矾土(即，氧化铝)的混合物。
在本公开的一个方面，铸模组合物在铸造期间提供与合金的极小反应，并且铸模提供具有所需组件性质的铸件。铸件的外部性质包括诸如形状、几何结构和表面精整一类的特征。铸件的内部性质包括机械性质、显微结构、低于规定大小并且在容许限度内的缺陷(例如，孔和夹杂物)。
本公开的一个方面的铸模组合物提供低成本铸造铝化钛(TiAl)涡轮机叶片，例如TiAl低压涡轮机叶片。铸模组合物可提供铸造近终形部件的能力，近终形部件比用常规壳模和重力铸造制造的部件需要更少的机械加工和/或处理。本文所用表达“近终形”意指初始制造的制品接近制品的终(净)形状，从而减少对例如广泛的机械加工和表面精整的进一步处理的需要。本文所用术语“涡轮机叶片”是指蒸汽涡轮机叶片和燃气涡轮机叶片二者。
因此，本公开解决了制造不与钛和铝化钛合金显著反应的铸模(例如，熔模铸造铸模)的挑战。另外，根据本公开的一些方面，铸模的强度和稳定性允许高压铸造途径，例如离心铸造。本公开的技术优势之一是，在一个方面，本公开可改善例如从铝酸钙水泥和氧化铝熔模铸造铸模可产生的终形铸件的结构完整性。较高强度，例如，较高疲劳强度，允许制造较轻组件。另外，具有较高疲劳强度的组件可维持较长时间，因此，具有较低寿命周期成本。
铸模组合物
本公开的方面提供：用于能够提供钛和钛合金改进组件的熔模铸造铸模的物质的组合物。在本公开的一个方面，一铝酸钙可以铝酸钙水泥的形式提供。可将铝酸钙水泥称为“水泥”或“粘结剂”。在某些实施方案中，将铝酸钙水泥与氧化铝颗粒混合，以提供可铸熔模铸造铸模混合物。在可铸铸模混合物中，铝酸钙水泥可大于约30%重量。在某些实施方案中，在可铸铸模混合物中，铝酸钙水泥在约30%重量和约60%重量之间。在可铸铸模混合物(铸模组合物)中使用大于30%重量铝酸钙水泥是本公开的一个特征。选择适当的铝酸钙水泥化学组成和氧化铝配料是铸模性能中的因素。在一个方面，为了极小化与钛合金的反应，可在铸模组合物中提供足量的氧化钙。
在一个方面，铸模组合物，例如熔模铸造铸模组合物，可包含铝酸钙水泥与氧化铝颗粒的多相混合物。铝酸钙水泥可作为粘结剂起作用，例如，铝酸钙水泥粘结剂可提供铸模结构的主要骨架结构。铝酸钙水泥可在铸模中构成连续相，并且在固化和铸造期间提供强度。铸模组合物可由铝酸钙水泥和氧化铝组成，即，铝酸钙水泥和氧化铝可实质上构成铸模组合物的仅有组分，几乎没有或没有其它组分。在一个实施方案中，本公开包括包含铝酸钙的含钛制品铸模组合物。在另一个实施方案中，铸模组合物进一步包含氧化物颗粒，例如，中空氧化物颗粒。根据本公开的方面，氧化物颗粒可以为氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒、其结合、或其组合。
铸模组合物可进一步包括氧化铝，例如，中空颗粒的形式，即，具有中空芯或具有实质上由氧化物围绕的实质中空芯的颗粒。这些中空氧化铝颗粒可占氧化铝的约99%，并且具有约10毫米[mm]或更小的外部尺寸，例如宽度或直径。在一个实施方案中，中空氧化铝颗粒具有约1毫米[mm]或更小的外部尺寸，例如宽度或直径。在某些实施方案中，中空氧化物颗粒可包含中空氧化铝球。中空氧化铝球可加入铸模组合物，并且中空球可具有一定范围的几何结构，例如圆形颗粒或不规则聚集体。在某些实施方案中，氧化铝可包括圆形颗粒和中空球二者。在一个方面，发现这些几何结构提高熔模铸造铸模混合物的流动性。提高的流动性一般可改善从该铸模制造的最终铸件的表面精整和表面特征的保真度或精确度。
氧化铝包括约10微米至约10,000微米外部尺寸的颗粒。在某些实施方案中，氧化铝包括小于约500微米外部尺寸(例如直径或宽度)的颗粒。氧化铝可占铸模组合物约0.5%重量至约80%重量。或者，氧化铝占铸模组合物约40%重量至约60%重量。或者，氧化铝占铸模组合物约40%重量至约68%重量。
在一个实施方案中，铸模组合物进一步包含氧化钙。氧化钙可占铸模组合物大于约10%重量且小于约50%重量。最终铸模一般可具有小于2克/立方厘米的密度和大于500磅/平方英寸[psi]的强度。在一个实施方案中，氧化钙占铸模组合物大于约30%重量且小于约50%重量。或者，氧化钙占铸模组合物大于约25%重量且小于约35%重量。
在一个具体实施方案中，本公开的铸模组合物包含铝酸钙水泥。铝酸钙水泥包括包含钙和铝的至少三种相或组分：一铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)和钙铝石(Ca12Al14O33)。一铝酸钙的体积分数可以为0.05至0.95，二铝酸钙的体积分数可以为0.05至0.80，钙铝石的体积分数可以为0.01至0.30。在另一个实例中，一铝酸钙的体积分数占约0.1至约0.8的体积分数，二铝酸钙占约0.1至约0.6的体积分数，钙铝石占约0.01至约0.2的体积分数。铝酸钙水泥中一铝酸钙的体积分数可大于约0.5，铝酸钙水泥中钙铝石的体积分数可小于约0.15。在另一个实施方案中，铝酸钙水泥大于铸模组合物的30%重量。
在一个实施方案中，铝酸钙水泥具有约50微米或更小的粒径。优选小于50微米的粒径出于三个原因：首先，据信细粒径在铸模混合和固化期间促进水硬性胶结的形成；其次，了解细粒径在烧制期间促进颗粒间熔结，这可提高铸模强度；第三，据信细粒径改善在铸模中制造的铸造制品的表面精整。铝酸钙水泥可作为粉末提供，并且可以其固有的粉末形式或以附聚形式(例如作为喷雾干燥的附聚物)使用。铝酸钙水泥也可与细尺度(例如，小于10微米大小)氧化铝预混。据信细尺度氧化铝由于在高温烧制期间熔结而提供强度增加。在某些情况下，也可在利用或不利用细尺度氧化铝的情况下加入较大尺度的氧化铝(即，大于10微米大小)。
中空的氧化铝颗粒起至少两个作用：[1]它们减小铸模的密度和重量，并且强度降低极少；得到约500psi以上的强度水平，并且具有约2g/cc以下的密度；和[2]它们减小铸模的弹性模量，并且帮助在铸造后的铸模和组件冷却期间提供顺应性。铸模的增加的顺应性和可压碎性可减小组件上的拉伸应力。
铝酸钙水泥组合物
在本公开的方面使用的铝酸钙水泥一般包含钙和铝的三种相或组分：一铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)和钙铝石(Ca12Al14O33)。一铝酸钙是在钙氧化铝水泥中存在的水硬性无机物。一铝酸钙的水合有助于熔模铸造铸模的高早期强度。钙铝石在水泥中合乎需要，因为它由于水硬性胶结的快速形成而在铸模固化早期阶段提供强度。然而，一般在铸造之前，在铸模的加热处理期间去除钙铝石。
在一个方面，在水泥生产窑中烧制后，初始铝酸钙水泥配料一般不处于热力学平衡。然而，在铸模制造和高温烧制后，铸模组合物移向热力学稳定结构，并且这种稳定性对随后的铸造过程是有利的。在一个实施方案中，水泥中一铝酸钙的体积分数大于0.5，钙铝石的体积分数小于0.15。将钙铝石加入铸模中的原因为，它是快速凝固的铝酸钙，并且据信它在固化的早期阶段为铸模提供强度。固化可在低温进行，例如在15℃和40℃之间的温度，因为短效蜡模型为温度敏感性的，并且在高于约35℃的热暴露时失去其形状和性能。优选在低于30℃的温度使铸模固化。
一般通过混合高纯度氧化铝与高纯度氧化钙或碳酸钙制造铝酸钙水泥；一般将化合物的混合物在熔炉或窑中加热到高温，例如在1000℃和1500℃之间的温度，以使反应进行。
然后将在窑中产生的所得产物(在本领域称为水泥“熟料”)粉碎、研磨并过筛，以产生优选粒径的铝酸钙水泥。另外设计并加工铝酸钙水泥，以具有极小量杂质，例如，极小量的二氧化硅、钠和其它碱和氧化铁。在一个方面，铝酸钙水泥的目标水平是，Na2O、SiO2、Fe2O3和TiO2的总和小于约2%重量。在一个实施方案中，Na2O、SiO2、Fe2O3和TiO2的总和小于约0.05%重量。
在本公开的一个方面提供一种铝酸钙水泥，所述铝酸钙水泥具有以氧化铝(Al2O3)计超过35%重量的主体(bulk)氧化铝浓度和小于65%重量氧化钙。水泥的最大氧化铝浓度可为约85%(例如，约15% CaO)。在一个实施方案中，铝酸钙水泥为高纯度，并且包含最高70%氧化铝。在铸造之前，可使一铝酸钙的体积分数在经烧制的铸模中达到最大限度。使铸造合金与铸模之间的反应最大限度地减小可能需要最小量氧化钙。如果在水泥中有大于50%氧化钙，就可导致产生例如钙铝石和铝酸三钙的相，并且这些在铸造期间无法与一铝酸钙表现一样好。氧化钙的优选范围是小于约50%重量且大于约10%重量。
如上提到，在铸模中铝酸钙水泥/粘结剂中的三种相是一铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)和钙铝石(Ca12Al14O33)。水泥/粘结剂中的一铝酸钙有超过其它铝酸钙相的三个优点：1)一铝酸钙加到铸模中的原因是，它具有快速凝固响应(虽然不如钙铝石快)，并且据信它在固化的早期阶段为铸模提供强度。铸模强度的快速产生提供铸模的尺寸稳定性，这一特征改善最终铸造组件的尺寸一致性。2)一铝酸钙对于正被铸造的钛和铝化钛合金是化学稳定的。一铝酸钙相对于二铝酸钙和具有较高氧化铝活性的其它铝酸钙相是优选的，后者这些相更易与正被铸造的钛和铝化钛合金起反应。3)一铝酸钙和二铝酸钙为低膨胀相，了解它们在固化、脱蜡和随后的铸造期间防止在铸模中形成高水平应力。一铝酸钙的热膨胀行为也与氧化铝紧密匹配。
铸模和铸造方法
通过配制陶瓷组分的熔模混合物，并将混合物倒入包含短效模型的容器，形成熔模铸造铸模。使在模型上形成的熔模铸造铸模充分固化，以形成所谓的“生坯铸模”。一般生坯铸模的固化进行1小时至48小时时间。随后，通过熔融、溶解、点燃或其它已知的模型去除技术从生坯铸模选择性去除短效模型。蜡模型去除的一般方法包括烘箱脱蜡(小于150℃)、熔炉脱蜡(大于150℃)、蒸汽高压釜脱蜡和微波脱蜡。
为了铸造钛合金和铝化钛及其合金，随后将生坯铸模在高于600℃(优选700至1400℃)的温度烧制超过1小时，优选2至10小时，以产生用于铸造的铸模强度，并去除铸模中的任何不合乎需要的残留杂质，例如金属物质(Fe、Ni、Cr)和含碳物质。烧制铸模的气氛一般为环境空气，虽然也可使用惰性气体或还原气氛。
烧制过程也从铸模去除水，并使钙铝石转化成铝酸钙。铸模烧制程序的另一个目的是在铸造前使铸模中残留的任何游离二氧化硅最大限度地减少。其它目的是提高高温强度，并增加一铝酸钙和二铝酸钙的量。
将铸模从室温加热到最终烧制温度，特别地控制热历程。一般调节或控制到烧制温度的加热速率和烧制后的冷却速率。如果加热铸模太快，铸模可能发生内部破裂或外部破裂或二者，而非常不希望在铸造之前铸模破裂。另外，如果加热铸模太快，铸模的内表面就可能破裂和剥落。这可导致在最终铸件中不合乎需要的夹杂物和不良的表面精整(即使没有夹杂物)。类似地，在达到最高温度后如果冷却铸模太快，铸模也可能发生内部破裂或外部破裂或二者。
在本公开中所述的铸模组合物特别适用于钛和铝化钛合金。在烧制之后和铸造之前的铸模组合物可影响铸模性质，特别是关于组成相。在一个实施方案中，为了铸造目的，优选在铸模中一铝酸钙的高体积分数，例如0.15至0.8的体积分数。另外，为了铸造目的，期望使钙铝石的体积分数最大限度地减小，例如，使用0.01至0.2的体积分数，因为钙铝石为水敏感性，并且可能在铸造期间由于水释放和气体产生而带来问题。在烧制后，铸模也可包含小体积分数的铝硅酸盐和铝硅酸钙。为了使铸模与铸件的反应最大限度地减小，铝硅酸盐和铝硅酸钙的体积分数的总和一般保持到小于5%。
在某些实施方案中，本公开的铸模组合物包含熔模铸造铸模组合物。熔模铸造铸模组合物包含近终形的含钛金属熔模铸造铸模组合物。在一个实施方案中，熔模铸造铸模组合物包含用于铸造近终形铝化钛制品的熔模铸造铸模组合物。近终形铝化钛制品包括例如近终形铝化钛涡轮机叶片。
选择正确的铝酸钙水泥化学组成和氧化铝配料是铸造期间铸模性能中的因素。就铝酸钙水泥而言，为了使与钛合金的反应最大限度地减小，可能需要使游离氧化钙的量最大限度地减小。如果水泥中氧化钙浓度小于约10%重量，因为氧化铝浓度太高，合金就会与铸模反应，并且反应在铸件中产生不合乎需要的氧浓度水平、气泡和在铸造组件中不良的表面精整。如果水泥中氧化钙浓度大于50%重量，铸模就可能容易从环境中吸收水和二氧化碳。因此，熔模铸造铸模中氧化钙浓度一般可保持低于50%。在一个实施方案中，熔模铸造铸模中的氧化钙浓度在10%重量和50%重量之间。在一个实施方案中，熔模铸造铸模中的氧化钙浓度在15%重量和40%重量之间。或者，熔模铸造铸模中的氧化钙浓度可在25%重量和35%重量之间。
二氧化碳可导致在处理期间和铸造之前在铸模中生成碳酸钙，碳酸钙在铸造操作期间不稳定。因此，铸模中的水和二氧化碳可导致不良铸件品质。如果吸附的水量太高，例如，大于0.05%重量，在熔融的金属在铸造期间进入铸模时，水就释放，并且可与合金反应。这导致不良表面精整、在铸件中的气泡、高氧浓度和不良机械性质。类似地，如果二氧化碳量太高，就可在铸模中生成碳酸钙，并且在熔融的金属在铸造期间进入铸模时，碳酸钙可分解产生二氧化碳，可与合金反应。产生的碳酸钙在铸模中小于1%重量。
在铸造熔融金属或合金之前，一般将熔模铸造铸模预热到铸模铸造温度，该温度取决于要铸造的具体组件几何结构或合金。例如，一般铸模预热温度为600℃。一般铸模温度范围为450℃至1200℃，优选的温度范围为450℃至750℃，在某些情况下，500℃至650℃。
根据一个方面，熔融的金属或合金用常规技术倒入铸模，可包括重力铸造、反重力(countergravity)铸造、压铸、离心铸造和本领域的技术人员已知的其它铸造技术。可使用真空或惰性气体气氛。对于复杂形状的薄壁几何结构，使用高压的技术是优选的。固化的铝化钛或合金铸件一般冷却到小于650℃，例如，冷却到室温，之后，将其从铸模去除，并用常规技术精整，例如喷砂处理、喷水清理和抛光。
本公开的一个方面涉及一种用于钛和钛合金的铸造方法，所述方法包括：得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物；将所述熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器；使所述熔模铸造铸模组合物固化；从铸模去除所述短效模型；将铸模预热到铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金倒入经加热的铸模；使熔融的钛或钛合金固化；并且从铸模去除经固化的钛或钛合金。
在从铸模去除所述短效模型和将铸模预热到铸模铸造温度之间，首先将铸模加热到约450℃至约1200℃的温度，然后冷却到室温。在一个实施方案中，固化步骤在低于约30℃的温度进行1小时至48小时。去除短效模型包括熔融、溶解、点燃、烘箱脱蜡、熔炉脱蜡、蒸汽高压釜脱蜡或微波脱蜡步骤。在一个实施方案中，在从铸模去除钛或钛合金后，可用喷砂处理、喷水清理或抛光来精整铸件。在从铸模去除固化的铸件后，通过X射线或中子射线照相法检查铸件。
在铸造并精整后，对固化的铸件进行表面检查和X射线照相检查，以检测在铸件内任何位置的任何表面下夹杂颗粒。用X射线照相法以发现由铸件外表面视觉检查无法检测的夹杂物。用常规X射线设备对铝化钛铸件进行X射线照相(胶片或数字)，以提供X射线相片，然后检查或分析，以确定是否在铝化钛铸件内存在任何表面下夹杂物。
替代或补充X射线照相法，可对固化的铸件进行其它非破坏性试验，例如，常规中子射线照相法。所述的铸模组合物提供少量具有高中子吸收横截面的材料。在一个方面，中子射线相片由铸造制品制得。由于钛合金铸造制品可实质上对中子透明，铸模材料一般在得到的中子射线相片中清楚地显现。在一个方面，据信中子暴露导致射线照相致密元素“中子活化”。中子活化包括中子辐射与铸件的射线照相致密元素的相互作用，以达到铸模组合物的射线照相致密元素的放射性同位素的生成。然后可通过常规放射性检测装置检测放射性同位素，以对铸造制品中存在的任何射线照相致密元素同位素计数。
本公开的另一个方面为一种形成用于铸造含钛制品的铸模的方法。方法包括，使铝酸钙与液体(例如，水)混合，以制备铝酸钙在液体中的浆料；将浆料引入包含短效模型的容器；并使浆料在模腔中固化，以形成含钛制品的铸模。在一个实施方案中，方法进一步包括在浆料引入模腔之前向浆料中引入氧化物颗粒，例如中空的氧化物颗粒。
形成的铸模可以是生坯铸模，并且方法可进一步包括烧制生坯铸模。在一个实施方案中，铸模包括熔模铸造铸模，例如，用于铸造含钛制品。在一个实施方案中，含钛制品包括铝化钛制品。在一个实施方案中，熔模铸造铸模组合物包含用于铸造近终形铝化钛制品的熔模铸造铸模组合物。近终形铝化钛制品可包括近终形铝化钛涡轮机叶片。在一个实施方案中，本公开涉及从包含铝酸钙的含钛制品铸模组合物形成的铸模。本公开的另一个方面涉及在前述铸模中形成的制品。
本公开的另一个方面为通过一种铸造方法制造的钛或钛合金铸件，所述方法包括：得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物；将所述熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器；使所述熔模铸造铸模组合物固化；从铸模去除所述短效模型；将铸模预热到铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金倒入经加热的铸模；使熔融的钛或钛合金固化以形成铸件；和从铸模去除经固化的钛或钛合金铸件。
表面粗糙度为代表铸造和机械加工部件的表面完整性的重要指标之一。表面粗糙度由通过光学表面光度测定法(optical profilometry)测量的指定区域中的中线平均粗糙度值“Ra”和平均峰-谷距离“Rz”表征。可关于轮廓(profile)或表面计算粗糙度值。轮廓粗糙度参数(Ra, Rq,...)更普遍。各粗糙度参数用描述表面的公式计算。在使用中有很多不同的粗糙度参数，但到目前为止Ra最普遍。在本领域已知，表面粗糙度与工具磨损相关。一般通过研磨和珩磨的表面精整过程得到具有0.1mm至1.6mm范围的Ra的表面。最终涂层的表面粗糙度Ra值取决于涂层或涂覆制品的所需功能。
平均粗糙度Ra用高度单位表示。在英制(英国)制度中，1 Ra一般以“百万分之一”英寸表示。这也被称为“微英寸”。本文所示的Ra值是指微英寸。Ra值70相当于约2微米，Ra值35相当于约1微米。一般需要高性能制品例如涡轮机叶片、涡轮机叶轮/喷嘴、涡轮机增压器、往复式发动机阀、活塞等的表面具有约20或更小的Ra。本公开的一个方面为一种涡轮机叶片，所述涡轮机叶片包含钛或钛合金，并且具有在其至少部分表面区域内小于15的平均粗糙度Ra。
在熔融的金属越来越高地加热时，它们倾向于变得越来越具反应性(例如，经历与铸模表面不需要的反应)。这些反应引起污染金属部件的杂质生成，导致各种不利后果。杂质的存在改变金属的组成，使得它可能不满足期望的标准，从而使铸件不能用于预期应用。另外，杂质的存在可能不利地影响金属材料的机械性质(例如，降低材料的强度)。
另外，这些反应可造成表面织构化，导致铸件表面上显著的不合乎需要的粗糙度。例如，使用在本领域已知用于表征表面粗糙度的表面粗糙度值Ra，在良好的工作条件下，利用不锈钢合金和/或钛合金的铸件一般显示约100和200之间的Ra值。这些不利影响迫使我们使用较低温度来填充铸模。然而，如果熔融金属的温度加热不够，铸造材料就可能冷却得太快，导致铸模不完全填充。
本公开的一个方面涉及用于铸造含钛制品的铸模组合物，其包含铝酸钙。铸模组合物进一步包含中空的氧化铝颗粒。制品包括金属制品。在一个实施方案中，制品包括含铝化钛的制品。在另一个方面，制品包括铝化钛涡轮机叶片。在另一个实施方案，制品包括近终形铝化钛涡轮机叶片。这种近终形铝化钛涡轮机叶片可能在安装前几乎不需要或不需要去除材料。
实施例
通过参考以下实施例，可更容易地了解已一般性描述的本公开，这些实施例只是为了说明本公开的某些方面和实施方案而含有，不旨在以任何方式限制本公开。
图1为显示稳定相作为氧化铝和氧化钙组成和温度的函数的相图。在相图上也显示所公开的实施方案的铸模主体(bulk)的实例组成范围。图1在x轴上描绘氧化铝的百分数，在y轴上描绘温度。一个实例范围5显示钙铝石和一铝酸钙15、二铝酸钙和一铝酸钙20的实例组成范围和相。另一个实例范围10显示主要包括二铝酸钙和一铝酸钙的实例组成范围和相。在范围5、10两者之外的是二铝酸钙和六铝酸钙25。
图2a和2b显示高温烧制后铸模显微结构的一个实例。显示在1000℃烧制的铸模的横截面的反散射电子扫描电子显微镜图像，其中图2a指向存在的氧化铝颗粒210，图2b指向铝酸钙水泥220。细尺度铝酸钙水泥220提供铸模的骨架结构。在一个实例中，铝酸钙水泥包含一铝酸钙和二铝酸钙。
图3a和图3b显示高温烧制后铸模显微结构的一个实例。显示在1000℃烧制的铸模的横截面的反散射电子扫描电子显微镜图像，其中图3a指向存在的铝酸钙水泥和细尺度氧化铝颗粒310，图3b指向氧化铝颗粒320。
图4a和图4b显示高温烧制后铸模显微结构的一个实例。显示在1000℃烧制的铸模的横截面的反散射电子扫描电子显微镜图像，其中图4a指向大尺度氧化铝颗粒410，图4b指向一铝酸钙颗粒420。显微相片显示在铸模内的细尺度铝酸钙水泥。铝酸钙水泥包含一铝酸钙和二铝酸钙。
图5和6示出高温烧制后铸模显微结构的两个实例，显示氧化铝510(在图5中)、610(在图6中)和一铝酸钙520(在图5中)、620(在图6中)，其中一铝酸钙与氧化铝反应生成二铝酸钙，并且其中一个实例中的铸模经烧制，以使钙铝石含量最大限度地减小。
熔模铸造铸模组合物和配方
使铝酸钙水泥与氧化铝混合，以产生熔模铸造铸模混合物，并试验一定范围的熔模铸造铸模化学组成。在一个实例中，熔模铸造混合物由具有70%氧化铝和30%氧化钙的铝酸钙水泥、氧化铝颗粒、水和胶态二氧化硅组成。
如图7a中所示，方法包括使铝酸钙与液体混合，以制备铝酸钙在液体中的浆料705。将铝酸钙浆料引入包含短效模型的模腔710。使浆料在模腔中固化，以形成钛制品的铸模715。
在图7b所示的另一个实例中，方法包括得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物725。将熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器730。使熔模铸造铸件固化，从而铸造铸模组合物735，并从铸模去除短效物740。将铸模预热到铸模铸造温度745，并将熔融的钛或钛合金倒入经加热的铸模750。使熔融的钛或钛合金固化，并形成固化的钛或钛合金铸件755。最后，从铸模去除经固化的钛或钛合金铸件760。
在第一实例中，制造熔模铸造铸模的一般浆料混合物由下列物质组成：3000克[g]铝酸钙水泥(包含约10%重量钙铝石、约70%重量一铝酸钙和约20%重量二铝酸钙)、1500g具有小于10微米大小的煅烧氧化铝颗粒、2450g粒径范围0.5-1mm的高纯度煅烧氧化铝颗粒、1800g去离子水和150g胶态二氧化硅。最终铸模混合物的固体载荷小于80%，其中固体载荷为总固体质量，作为混合物中所有组分的总质量的百分数。
一般高纯度煅烧氧化铝颗粒类型包括熔融氧化铝、板状刚玉和磨细尺度氧化铝。一般适合的胶态二氧化硅包括Remet LP30、Remet SP30、Nalco 1030、Ludox。产生的铸模用于铸造具有良好表面精整的含铝化钛制品，例如，涡轮机叶片。粗糙度(Ra)值小于100微英寸，并具有小于2000ppm的氧含量。这种配方产生约120mm直径和400mm长的铸模。这种配方产生具有小于2克/立方厘米的密度的铸模。
通过在容器中混合铝酸钙水泥、水和胶态二氧化硅，制备铸模混合物。使用高剪切形式混合。如果不充分混合，水泥就可能胶凝。当水泥在混合物中处于完全悬浮时，加入细尺度氧化铝颗粒。在细尺度氧化铝颗粒与水泥完全混合时，加入较大尺寸(例如，0.5-1.0mm)氧化铝颗粒，并与水泥-氧化铝配方混合。最终混合物的粘度是另一个因素，因为它不应太低或太高。另外，在铸模制造过程步骤期间，可在选择的点使用促进剂、和阻滞剂。具有促进剂、和阻滞剂的一般单独的分散氧化铝包括Almatis ADS-1、ADS-3和ADW-1。
混合后，将熔模混合物以控制方式倒入包含短效蜡模型的容器。容器提供铸模的外部几何结构，短效蜡模型产生内部几何结构。恰当的倾倒速度是另一个特征，如果太快，空气就可能残留在铸模中，如果太慢，就可能发生水泥和氧化铝颗粒的缓慢分离。适合的倾倒速度为约1升/分钟至约20升/分钟。在一个具体实施方案中，倾倒速度为约2至约6升/分钟。在一个具体实施方案中，倾倒速度为约4升/分钟。
在第二实例中，制造熔模铸造铸模的浆料混合物由下列物质组成：3000克铝酸钙水泥(包含约10%重量钙铝石、约70%重量一铝酸钙和约20%重量二铝酸钙)、1500g具有小于10微米尺寸的煅烧氧化铝颗粒、2650g粒径范围0.5-1mm的高纯度煅烧氧化铝泡、1800g去离子水和150g胶态二氧化硅。最终铸模混合物的固体载荷小于80%，其中固体载荷为总固体质量，作为混合物中所有组分的总质量的百分数。
氧化铝中空颗粒提供减小密度的铸模。铝酸钙水泥的重量分数为42%，氧化铝的重量分数为58%。这种配方产生约125mm直径和400mm长的铸模。然后使铸模固化，并在高温烧制。产生的铸模用于铸造具有良好表面精整的含铝化钛制品，例如，涡轮机叶片。粗糙度(Ra)值小于100，并具有小于2000ppm的氧含量。这种配方产生具有小于1.8克/立方厘米的密度的铸模。
在第三实例中，制造熔模铸造铸模的浆料混合物由下列物质组成：600克铝酸钙水泥(由约10%重量钙铝石、约70%重量一铝酸钙和约20%重量二铝酸钙组成)、300g具有小于10微米尺寸的煅烧氧化铝颗粒、490g粒径范围0.5-1mm的高纯度煅烧氧化铝泡、305g去离子水和31g胶态二氧化硅。最终铸模混合物的固体载荷小于约80%。这种配方产生约120mm直径和150mm长的用于较小组件的较小铸模。然后使铸模固化，并在高温烧制。产生的铸模用于铸造具有良好表面精整的含铝化钛制品，例如，涡轮机叶片。粗糙度(Ra)值小于100微英寸，并具有小于1600ppm的氧含量。
在第四实例中，制造熔模铸造铸模的浆料混合物由下列物质组成：2708克铝酸钙水泥(包含约10%重量钙铝石、约70%重量一铝酸钙和约20%重量二铝酸钙)、1472g粒径范围0.5-1mm的高纯度煅烧氧化铝泡、1155g去离子水和196g胶态二氧化硅。这种配方产生用于较小组件的具有较小氧化铝含量的较小铸模。然后使铸模固化，并在高温烧制。产生的铸模用于铸造含铝化钛制品，例如，涡轮机叶片。
胶态二氧化硅控制铝酸钙相与水的反应速率，并在固化期间提供铸模强度。铝酸钙相与水的这种反应速率控制铸模制造期间熔模铸造铸模混合物的工作时间。此时间在约30秒和约10分钟之间。如果熔模铸造铸模混合物的工作时间太短，就没有足够时间制造复杂形状组件的大型铸模。如果熔模铸造铸模混合物的工作时间太长，并且铝酸钙水泥不足够快地固化，就可能发生细尺度水泥和大尺度氧化铝的分离，并且这可产生其中配方变化并且得到的铸模性质不均匀的分凝(segregate)铸模。
铝酸钙水泥中的三相包括一铝酸钙(CaAl2O4)、二铝酸钙(CaAl4O7)和钙铝石(Ca12Al14O33)，发明人做此选择以实现几个目的。首先，这些相必须溶解或部分溶解，并且形成能够在随后的熔模铸造铸模制备浆料中支持所有的聚集相的悬浮体。其次，这些相必须促进铸模在倾倒后凝固或固化。第三，这些相必须在铸造期间和之后为铸模提供强度。第四，这些相必须显示与在铸模中铸造的钛合金的最小反应。第五，为了使在固化后冷却期间产生的在部件上的热应力最大限度地减小，铸模必须具有与钛合金铸件匹配的适合热膨胀。
应了解，以上说明旨在为说明性，不为限制性。例如，上述实施方案(和/或其方面)可相互组合使用。另外，可在不脱离本发明的范围下作出很多修改，以使具体情况或材料适应各种实施方案的教导。虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在限定各种实施方案的参数，但它们完全不为限制性，而只为示例性。通过参看以上说明，很多其它实施方案对本领域的技术人员将显而易见。因此，各种实施方案的范围将参考附加权利要求而确定，连同这些权利要求授权的等同物的全部范围。在附加权利要求中，词语“包括”(including)和“其中”(in which)作为相应词语“包含”(comprising)和“其中”(wherein)的通俗英语等同物使用。另外，在所附权利要求中，词语“第一”、“第二”和“第三”等只作为标记使用，不旨在对它们的对象加上数字需要。另外，所附权利要求的限定并非以工具加功能格式书写，并且不意图根据35 U.S.C §112第6段进行解释，除非并且直至这些权利要求的限定明确使用短语“用于…的工具”，随后说明功能而没有其它结构。应了解，不一定根据任何具体实施方案可达到以上所述的所有这些目的或优势。因此，例如，本领域的技术人员应认识到，本文所述的系统和技术可以达到或优化本文教导的一个优势或优势组的方式体现或进行，而不必达到本文可能教导或提示的其它目的或优势。
虽然已只关于有限数目的实施方案详细描述了本发明，但应容易理解，本发明不限于这些公开的实施方案。相反，可修改本发明，以加入至今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数目的变体、变动、取代或等同布置。另外，虽然已描述本发明的各种实施方案，但应了解，本公开的方面可只包括一些所述的实施方案。因此，不应将本发明视为受前述说明限制，本发明只受附加权利要求的范围限制。
本书面说明用实例公开本发明，包括最佳方式，也使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并施行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员可想到的其他实例。这些其他实例，如果它们具有不有别于权利要求字面语言的结构元素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质差异的等同结构元素，则旨在处于权利要求的范围内。

Claims (29)

1. 一种用于铸造含钛制品的铸模组合物，所述铸模组合物包含铝酸钙水泥，所述铝酸钙水泥包含一铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石。
2. 权利要求1的铸模组合物，所述铸模组合物进一步包含氧化铝颗粒。
3. 权利要求2的铸模组合物，其中所述氧化铝颗粒包含外部尺寸小于约500微米的颗粒。
4. 权利要求2的铸模组合物，其中所述氧化铝颗粒占铸模组合物的约40%重量至约68%重量。
5. 权利要求1的铸模组合物，其中所述铝酸钙水泥占铸模组合物的大于30%重量。
6. 权利要求1的铸模组合物，其中所述一铝酸钙占约0.1至约0.8的体积分数，其中所述二铝酸钙占约0.1至约0.6的体积分数，其中所述钙铝石占约0.01至约0.2的体积分数。
7. 权利要求1的铸模组合物，所述铸模组合物进一步包含氧化物颗粒。
8. 权利要求7的铸模组合物，其中所述氧化物颗粒包括氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒或其组合。
9. 权利要求7的铸模组合物，其中所述氧化物颗粒包括中空的氧化物颗粒。
10. 权利要求9的铸模组合物，其中所述中空的氧化物颗粒包括中空的氧化铝球。
11. 权利要求1的铸模组合物，所述铸模组合物进一步包含氧化钙。
12. 权利要求11的铸模组合物，其中所述氧化钙占铸模组合物的大于约10%重量且小于约50%重量。
13. 权利要求1的铸模组合物，其中所述铸模组合物包含用于铸造近终形铝化钛制品的熔模铸造铸模组合物。
14. 一种形成用于铸造含钛制品的铸模的方法，所述方法包括：
使铝酸钙与液体混合，以制备铝酸钙在液体中的浆料；
将浆料引入包含短效模型的模腔；和
使浆料在模腔中固化，以形成含钛制品的铸模。
15. 权利要求14的方法，其中方法进一步包括在浆料引入模腔之前向浆料中引入氧化物颗粒。
16. 权利要求15的方法，其中所述氧化物颗粒包括氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、氧化硅颗粒或其组合。
17. 权利要求15的方法，其中所述氧化物颗粒包括中空的氧化物颗粒。
18. 权利要求17的方法，其中所述中空的氧化物颗粒包括中空的氧化铝球。
19. 权利要求14的方法，其中所述铸模包括用于铸造近终形铝化钛制品的熔模铸造铸模。
20. 一种铸模，所述铸模由权利要求1的铸模组合物形成。
21. 一种含钛制品，所述含钛制品在权利要求20的铸模中形成。
22. 权利要求21的含钛金属制品，其中制品包括含铝化钛的制品。
23. 权利要求22的含铝化钛的制品，其中制品包括铝化钛涡轮机叶片。
24. 权利要求22的含钛金属制品，其中制品包括近终形铝化钛涡轮机叶片，所述叶片在安装前极少需要去除材料或者不需要去除材料。
25. 一种用于钛和钛合金的铸造方法，所述铸造方法包括：
得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物；
将所述熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器；
使所述熔模铸造铸模组合物固化；
从铸模去除所述短效模型；
将铸模预热到铸模铸造温度；
将熔融的钛或钛合金倒入经加热的铸模；
使熔融的钛或钛合金固化，并形成固化的钛或钛合金铸件；和
从铸模去除经固化的钛或钛合金铸件。
26. 权利要求25的铸造方法，其中，在从铸模去除所述短效模型和将铸模预热到铸模铸造温度之间，将所述铸模加热到约450℃至约900℃的温度，然后使所述铸模冷却到接近室温。
27. 权利要求25的铸造方法，其中去除短效模型包括熔融、溶解、点燃、烘箱脱蜡、熔炉脱蜡、蒸汽高压釜脱蜡或微波脱蜡中的至少一种。
28. 权利要求25的铸造方法，其中在从铸模去除经固化的钛或钛合金铸件后，用X射线照相法和中子射线照相法之一或二者检查铸件。
29. 一种钛或钛合金制品，所述制品通过权利要求25的铸造方法制成。
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