CN105127374B - 一种钛及钛合金铸造用复合型芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种钛及钛合金铸造用复合型芯及其制备方法，复合型芯制作的主体材料是铝矾土砂，材料成本低，制作过程较简单，采用木模或铝模具进行手工造型，制作成本和难度受型芯尺寸影响小，型芯成品率高。本专利对于制作结构相对简单的中大尺寸型芯较传统的制作方法更具有优势。制备出的型芯可满足钛及钛合金铸造所需的性能要求，采用该专利生产的铸件尺寸精度较好，表面粗糙度可达到6.3以上。

Description

一种钛及钛合金铸造用复合型芯及其制备方法
技术领域
本发明是一种钛及钛合金铸造用复合型芯及其制备方法，属于钛及钛合金铸造技术领域。
背景技术
随着航空、航天、舰船、兵器、石油化工等领域的飞速发展，对于复杂型腔的钛及钛合金铸件需求也越来越多。目前，钛合金铸件复杂型腔主要是通过Y2O3陶瓷型芯的方法来成型，但型芯制备成本高昂。专利CN 102989994 A提出了一种低成本的钛合金铸造用复合型芯制备方法，该专利型芯原坯由质量百分比为35％～44.7％莫来石粉、43％～54.7％A2O3、0.1％～0.3％CaO和5％～12％硅溶胶制备而成,采用该专利制备的型芯原坯强度差，尤其是细长结构的型芯，在制备过程中易折断或开裂，废品率高，型芯抗高温钛合金熔体的热冲击性能差，且铸造后型芯脱除困难，限制了钛及钛合金铸造低成本型芯的推广。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种钛及钛合金铸造用复合型芯及其制备方法，该技术方案的目的是使制备出的型芯成本低，强度好，易脱除，适合钛及钛合金铸造使用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明技术方案提供了一种钛及钛合金铸造用复合型芯，该复合型芯是由外部的造型层(1)和由造型层(1)包裹以强化型芯的芯部(2)构成，芯部(2)的形状与造型层(1)的外部形状一致，使得芯部(2)的的表面距造型层(1)的外表面的距离相等，该距离为10mm～20mm；
制备该复合型芯外部的造型层(1)的原料及重量百分比为：40目～80目的铝矾土砂20％～40％，硅酸盐水泥4％，硅溶胶10％～15％，余量为150目～200目的铝矾土粉；
制备该复合型芯内部的芯部(2)的原料及重量百分比为：30目～80目的铝矾土砂90％～98％，直径为10mm～30mm的金属镍丝2％～10％。
本发明技术方案还提供了一种制备上述钛及钛合金铸造用复合型芯的方法，该方法的步骤是：
⑴、制备型芯原坯
将制备该复合型芯外部的造型层(1)的原料混合均匀后填入木制或铝制的型芯模具的下半模(3)中捣实，并在下半模(3)的中心、按设计形状填埋制备复合型芯内部的芯部(2)的原料，然后加盖型芯模具的上半模(4)，再用制备复合型芯外部的造型层(1)的原料填满型芯模具的内部空间并捣实，打开型芯模具后得到型芯原坯，将型芯原坯自然干燥12h～36h；
⑵将干燥好的型芯原坯放入低温烘箱中进行烘烤，烘烤温度为300℃～450℃，保温时间为：1h～3h，炉内温度冷却到80℃～120℃时将型芯原坯取出；
⑶制备型芯原坯涂料
制备型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：醋酸钙2％～5％，二醋酸锆10％～30％，水5％～15％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、醋酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，再加入氟化钙，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成型芯原坯涂料；
⑷型芯原坯涂挂涂料
将型芯原坯预热至60℃～80℃后，用压缩空气喷嘴吹去型芯原坯表面浮砂和污物，再用型芯原坯涂料对型芯原坯表面进行喷涂或刷涂，将型芯原坯涂料均匀覆盖型芯原坯表面，并且避免料浆堆积和流淌，喷涂或刷涂的涂层厚度为0.1mm～1.5mm；
⑸将表面喷涂或刷涂后的型芯原坯放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为3h～5h，待炉内冷却至室温后，取出的型芯原坯即为所需钛及钛合金铸造用复合型芯。
传统的陶瓷型芯制作过程较复杂，成本较高，而且受制于设备因素的限制，对于一些尺寸较大的型芯无法成形或者制作成本极高。本发明技术方案中，复合型芯制作的主体材料是铝矾土砂，材料成本低，制作过程较简单，采用木模或铝模具进行手工造型，制作成本和难度受型芯尺寸影响小，型芯成品率高。本专利对于制作结构相对简单的中大尺寸型芯较传统的制作方法更具有优势。制备出的型芯可满足钛及钛合金铸造所需的性能要求，采用该专利生产的铸件尺寸精度较好，表面粗糙度可达到6.3以上，
附图说明
图1为实施例中采用本发明方法制备钛及钛合金铸造用复合型芯的结构示意图
图2为图1中A向的剖视图
具体实施方式
实施例一
采用本发明方法制备一种钛及钛合金铸造用复合型芯，型芯轮廓尺寸为：500mm＊200mm＊80mm，制备方法的步骤为：
⑴、制备型芯原坯
制备该复合型芯外部的造型层1的原料及重量百分比为：40目～80目的铝矾土砂25％，硅酸盐水泥4％，硅溶胶15％，余量为150目～200目的铝矾土粉；
制备该复合型芯内部的芯部2的原料及重量百分比为：80目的铝矾土砂90％～98％，直径为10mm的金属镍丝2％～10％；
将制备该复合型芯外部的造型层1的原料混合均匀后填入木制或铝制的型芯模具的下半模3中捣实，并在下半模3的中心、按设计形状填埋制备复合型芯内部的芯部2的原料，然后加盖型芯模具的上半模4，再用制备复合型芯外部的造型层1的原料填满型芯模具的内部空间并捣实，打开型芯模具后得到型芯原坯，将型芯原坯自然干燥18h；
⑵将干燥好的型芯原坯放入低温烘箱中进行烘烤，烘烤温度为350℃，保温时间为：1.5h，炉内温度冷却到80℃时将型芯原坯取出；
⑶制备型芯原坯涂料
制备型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：醋酸钙3％，二醋酸锆25％，水8％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、醋酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，再加入氟化钙，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成型芯原坯涂料；
⑷型芯原坯涂挂涂料
将型芯原坯预热至70℃后，用压缩空气喷嘴吹去型芯原坯表面浮砂和污物，再用型芯原坯涂料对型芯原坯表面进行喷涂或刷涂，将型芯原坯涂料均匀覆盖型芯原坯表面，喷涂或刷涂的涂层厚度为0.5mm；
⑸将表面喷涂或刷涂后的型芯原坯放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为1100℃，烧结时间为3.5h，待炉内冷却至室温后，取出的型芯原坯即为所需钛及钛合金铸造用复合型芯。
实施例二
采用本发明方法制备一种钛及钛合金铸造用复合型芯，型芯轮廓尺寸为：700mm＊500mm＊200mm，制备方法的步骤为：
⑴、制备型芯原坯
制备该复合型芯外部的造型层1的原料及重量百分比为：40目～80目的铝矾土砂30％，硅酸盐水泥4％，硅溶胶10％，余量为150目～200目的铝矾土粉；
制备该复合型芯内部的芯部2的原料及重量百分比为：60目的铝矾土砂90％～98％，直径为20mm的金属镍丝2％～10％；
将制备该复合型芯外部的造型层1的原料混合均匀后填入木制或铝制的型芯模具的下半模3中捣实，并在下半模3的中心、按设计形状填埋制备复合型芯内部的芯部2的原料，然后加盖型芯模具的上半模4，再用制备复合型芯外部的造型层1的原料填满型芯模具的内部空间并捣实，打开型芯模具后得到型芯原坯，将型芯原坯自然干燥24h；
⑵将干燥好的型芯原坯放入低温烘箱中进行烘烤，烘烤温度为350℃，保温时间为：1.5h，炉内温度冷却到80℃时将型芯原坯取出；
⑶制备型芯原坯涂料
制备型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：醋酸钙4％，二醋酸锆15％，水10％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、醋酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，再加入氟化钙，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成型芯原坯涂料；
⑷型芯原坯涂挂涂料
将型芯原坯预热至80℃后，用压缩空气喷嘴吹去型芯原坯表面浮砂和污物，再用型芯原坯涂料对型芯原坯表面进行喷涂或刷涂，将型芯原坯涂料均匀覆盖型芯原坯表面，喷涂或刷涂的涂层厚度为0.6mm；
⑸将表面喷涂或刷涂后的型芯原坯放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为4.0h，待炉内冷却至室温后，取出的型芯原坯即为所需钛及钛合金铸造用复合型芯。
实施例三
采用本发明方法制备一种钛及钛合金铸造用复合型芯，型芯轮廓尺寸为：800mm＊800mm＊100mm，制备方法的步骤为：
⑴、制备型芯原坯
制备该复合型芯外部的造型层1的原料及重量百分比为：40目～80目的铝矾土砂40％，硅酸盐水泥4％，硅溶胶11％，余量为150目～200目的铝矾土粉；
制备该复合型芯内部的芯部2的原料及重量百分比为：30目的铝矾土砂90％～98％，直径为30mm的金属镍丝2％～10％；
将制备该复合型芯外部的造型层1的原料混合均匀后填入木制或铝制的型芯模具的下半模3中捣实，并在下半模3的中心、按设计形状填埋制备复合型芯内部的芯部2的原料，然后加盖型芯模具的上半模4，再用制备复合型芯外部的造型层1的原料填满型芯模具的内部空间并捣实，打开型芯模具后得到型芯原坯，将型芯原坯自然干燥30h；
⑵将干燥好的型芯原坯放入低温烘箱中进行烘烤，烘烤温度为350℃，保温时间为：1.5h，炉内温度冷却到80℃时将型芯原坯取出；
⑶制备型芯原坯涂料
制备型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：醋酸钙4％，二醋酸锆15％，水5％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、醋酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，再加入氟化钙，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成型芯原坯涂料；
⑷型芯原坯涂挂涂料
将型芯原坯预热至80℃后，用压缩空气喷嘴吹去型芯原坯表面浮砂和污物，再用型芯原坯涂料对型芯原坯表面进行喷涂或刷涂，将型芯原坯涂料均匀覆盖型芯原坯表面，喷涂或刷涂的涂层厚度为0.8mm；
⑸将表面喷涂或刷涂后的型芯原坯放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为4.0h，待炉内冷却至室温后，取出的型芯原坯即为所需钛及钛合金铸造用复合型芯。
与现有技术相比，本发明技术方案制备的钛合金铸造用复合型芯成本低廉，成型可靠，强度高，脱除性能好，在铸造过程中抗高温钛合金熔体的热冲击性能好，可有效保证铸件尺寸精度，并大幅减少铸造后型芯的脱除工作量。

Claims (2)

1.一种钛及钛合金铸造用复合型芯，其特征在于：该复合型芯是由外部的造型层(1)和由造型层(1)包裹以强化型芯的芯部(2)构成，芯部(2)的形状与造型层(1)的外部形状一致，使得芯部(2)的的表面距造型层(1)的外表面的距离相等，该距离为10mm～20mm；
制备该复合型芯外部的造型层(1)的原料及重量百分比为：40目～80目的铝矾土砂20％～40％，硅酸盐水泥4％，硅溶胶10％～15％，余量为150目～200目的铝矾土粉；
制备该复合型芯内部的芯部(2)的原料及重量百分比为：30目～80目的铝矾土砂90％～98％，直径为10mm～30mm的金属镍丝2％～10％。
2.用于制备权利要求1所述钛及钛合金铸造用复合型芯的方法，其特征在于：该方法的步骤是：
⑴、制备型芯原坯
将制备该复合型芯外部的造型层(1)的原料混合均匀后填入木制或铝制的型芯模具的下半模(3)中捣实，并在下半模(3)的中心、按设计形状填埋制备复合型芯内部的芯部(2)的原料，然后加盖型芯模具的上半模(4)，再用制备复合型芯外部的造型层(1)的原料填满型芯模具的内部空间并捣实，打开型芯模具后得到型芯原坯，将型芯原坯自然干燥12h～36h；
⑵将干燥好的型芯原坯放入低温烘箱中进行烘烤，烘烤温度为300℃～450℃，保温时间为：1h～3h，炉内温度冷却到80℃～120℃时将型芯原坯取出；
⑶制备型芯原坯涂料
制备型芯原坯涂料的原料及重量百分比为：醋酸钙2％～5％，二醋酸锆10％～30％，水5％～15％，氯化钙0.5％，氟化钙0.5％，余量为氧化钇，制备时，先将水、醋酸钙和氯化钙进行混合，放入搅拌器进行充分搅拌溶解，然后加入二醋酸锆，再加入氟化钙，最后加入氧化钇，将混合料充分搅拌，制成型芯原坯涂料；
⑷型芯原坯涂挂涂料
将型芯原坯预热至60℃～80℃后，用压缩空气喷嘴吹去型芯原坯表面浮砂和污物，再用型芯原坯涂料对型芯原坯表面进行喷涂或刷涂，将型芯原坯涂料均匀覆盖型芯原坯表面，喷涂或刷涂的涂层厚度为0.1mm～1.5mm；
⑸将表面喷涂或刷涂后的型芯原坯放入高温烧结炉内进行烧结，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为3h～5h，待炉内冷却至室温后，取出的型芯原坯即为所需钛及钛合金铸造用复合型芯。
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