CN105290313B

CN105290313B - 一种提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法

Info

Publication number: CN105290313B
Application number: CN201510708089.1A
Authority: CN
Inventors: 王宝兵; 李宝辉; 余国康; 何凯; 陈舸
Original assignee: Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Current assignee: Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: CN105290313A

Abstract

本发明公开了一种提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法；所述方法是在精密铸造型壳制备过程中添加聚丙稀丝、石墨粉，通过高温焙烧聚丙烯丝、石墨粉得以燃烧，从而在型壳中形成孔隙，提高型壳退让性；具体地，是在精密铸造型壳制备过程的配制浆料、涂挂型壳步骤中，将聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面，采用含石墨粉的背层浆料挂浆。本发明通过在型壳制备时缠绕聚丙烯丝和制备含石墨粉的背层浆料，有效的提高型壳的退让性，从而有效降低铸件在凝固过程中出现冷、热裂纹的倾向，提高铸件的合格率。

Description

一种提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法

技术领域

本发明涉及钛铝合金精密铸造领域，具体涉及一种提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法。

背景技术

钛铝合金(也称钛铝基金属间化合物)是一种新型轻质的高温结构材料，密度不到镍基合金的50％，兼有金属和陶瓷的性能。它们不仅具有轻质、高比强、高比刚、耐蚀、耐磨、耐高温以及优异的抗氧化性等优点，而且具有优异的常温和高温力学能，其使用温度可达到700～1000℃。这使其倍受研究工作者的重视，成为航空航天及汽车发动机用耐热结构件的极具竞争力的材料，具有广阔的应用前景。

目前，钛铝合金大部分采用铸锭冶金技术(如挤压、锻造、轧制、板材成型)、粉末冶金技术(包括模压和挤压烧结)和熔模精密铸造等成形方法。由于钛铝合金室温塑性低、成形性差，所以采用熔模精密铸造技术是制作钛铝合金构件最可行的方法之一，与其他方法相比，熔模精密铸造可以一次铸成形状复杂、薄壁的零件，并且铸件具有高的尺寸精度和低的表面粗糙度。

钛铝合金精密铸造的流程与普通的钛合金精密铸造相同，其铸件生产流程为压蜡、粘浆、撒砂、干燥、焙烧、浇注、清壳等。钛铝合金精密铸造所需的氧化物陶瓷型壳也与普通钛铝合金相同，面层材料为ZrO₂、Y₂O₃，面层粘结剂为锆溶胶或钇溶胶。背层材料为莫来石，背层粘结剂为硅溶胶。

但是，钛铝合金具有常温脆性，延伸率低只有1％左右，在精密铸造过程中极易产生铸造裂纹，尤其复杂零件更容易产生铸造裂纹。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，以解决钛铝合金铸造过程中的裂纹问题。本发明通过在传统精密铸造型壳制备工艺过程(见图5)中添加聚丙稀丝、石墨粉，通过高温焙烧聚丙烯丝、石墨粉得以燃烧，从而在型壳中形成孔隙，提高型壳退让性；有效的提高型壳的退让性，从而有效降低铸件在凝固过程中出现冷、热裂纹的倾向，提高铸件的合格率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种提高钛铝合金精密铸造用氧化物陶瓷型壳退让性的方法，所述方法是在精密铸造型壳制备过程中添加聚丙稀丝、石墨粉，通过高温焙烧聚丙烯丝、石墨粉得以燃烧，从而在型壳中形成孔隙，提高型壳退让性；

具体地，是在精密铸造型壳制备过程的配制浆料、涂挂型壳步骤中，将聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面，采用含石墨粉的背层浆料挂浆。

优选地，所述聚丙烯丝的宽度为0.3～1mm、厚度为0.2～0.8mm。聚丙烯丝宽度太宽、厚度太厚则会引起焙烧后型壳强度偏低，容易导致型壳在使用过程中碎裂。聚丙烯丝太薄、宽度太窄则起不到降低型壳干强度，提高退让性的作用。

优选地，所述聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面是在上一层氧化物型壳面层浆料干燥后进行的；所述缠绕为均匀缠绕，缠绕的次数不多于5次，每次缠绕的层数为单层。

优选地，所述缠绕，聚丙烯丝之间的距离大于3mm、小于12mm。聚丙烯丝缠绕宽度太窄，型壳焙烧后孔隙率过大，会引起焙烧后型壳强度偏低，容易导致型壳在使用过程中碎裂。相反缠绕宽度太宽则会起不到降低型壳干强度、提高退让性的作用。

优选地，所述采用含石墨粉的背层浆料挂浆具体为在将聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面完成后，粘含石墨粉的背层浆料、撒砂、干燥。

优选地，所述背层浆料的涂挂层数为6～8层。涂挂层数太少型壳强度偏低，在浇注过程中极易产生碎裂；涂挂层数过多一方面会导致型壳退让性变差，另一方面会导致型壳过重增加操作难度，此外还会导致型壳透气性变差。

优选地，所述背层浆料的主要成分为煤矸粉、硅溶胶，还含有石墨粉、消泡剂正丁醇、润湿剂脂肪醇聚氧乙烯醚；

优选地，所述背层浆料中煤矸粉、硅溶胶的重量比为3:1，石墨粉、消泡剂正丁醇、润湿剂脂肪醇聚氧乙烯醚的重量含量分别为1～4％、0.01～0.03％、0.02～0.05％。

优选地，石墨粉粒度为60～100目。石墨颗粒度太小则起不到增加孔隙率、减少型壳强度的效果，过大则会导致涂料中的石墨颗粒沉淀。

优选地，所述背层浆料的粘度为10～30S，粘度过高可添加适量硅溶胶，粘度过低可添加适量煤矸粉。

优选地，所述背层浆料的的制备为：先加入硅溶胶胶液，搅拌后加入润湿剂脂肪醇聚氧乙烯醚，再加入相应量的煤矸粉和石墨粉，搅拌一段时间后加入，粘度达标后加入消泡剂正丁醇。

优选地，所述高温焙烧的具体条件为900～1050℃、2h～2.5h小时，经过焙烧后，石墨粉、聚丙烯得到充分燃烧，在型壳中留均匀空隙，提高其退让型。

与传统工艺(图5)相比，本发明具备如下有益效果：

1、本发明制备的型壳焙烧后的强度要比传统硅溶胶工艺制备的型壳低16％，传统的型壳干强度为0.06MPa，而本发明的制备的型壳干强度只有0.05MPa；这是由于高温焙烧后聚丙乙烯、石墨粉燃烧后形成孔隙，降低强度，使得型壳的溃散性得以改善；

2、同时本发明制备型壳的湿强度则高于传统方法制备的型壳10％，这是由于缠绕聚丙乙烯后使型壳韧性增加，从而提高了型壳湿强度；

3、由于多孔型壳可有效地减缓传热，保温好，优于普通硅溶胶型壳；在浇注薄壁铸件时这种缓慢冷凝形式可有效减少铸件各部分温差，从而减小铸造缺陷产生倾向。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为采用传统的型壳制备工艺生产的钛铝合金试验件；

图2为采用本专利中介绍的型壳制备工艺生产的钛铝合金试验件；

图3传统工艺制备的型壳断面形貌；

图4本发明制备的型壳断面形貌；

图5是传统的型壳制备工艺。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实例1型壳制备过程中缠绕聚丙烯丝

在面层型壳干燥后，在涂挂背层型壳过程中将宽度0.3～1mm、厚度0.2～0.8mm的聚丙烯的丝均匀缠绕于型壳表面。缠绕时丝与丝之间的距离应以实际型壳形状来定，但间隙应有大于3mm，小于12mm间隙，单层缠绕。缠绕完成后粘浆、挂砂、干燥。

钛铝合金精密铸造背层共计涂挂6～8层，在其余背层制备过程中按上文方法继续缠绕聚丙烯，总计缠绕层数不多于5层。

实例2制备含石墨粉的背层浆料

背层浆料的主要成分为煤矸粉、硅溶胶，粉液比为3:1。占涂料总重量1％～4％的石墨粉，石墨粉粒度为60～100目。占重量为0.01％～0.03％消泡剂正丁醇、0.02％～0.05％润湿剂脂肪醇聚氧乙烯醚。

制备过程:先加入相应的硅溶胶胶液，搅拌后加入润湿剂脂肪醇聚氧乙烯醚，再加入相应量的煤矸粉和石墨粉，搅拌均匀后加入消泡剂正丁醇。

背层涂料采用搅拌桶均匀搅拌24h后，测其粘度约为10S～30S为宜，粘度过高可添加适量硅溶胶，粘度过低可添加适量煤矸粉。

实例3型壳焙烧及测试

型壳制备完成后，进行脱蜡、焙烧，其中焙烧温度为900℃～1050℃，时间2h～5h，经过焙烧后，石墨粉、聚丙烯得到充分燃烧，在型壳中留均匀空隙，提高其退让性，图3为传统工艺制备的型壳断面形貌，图4为本发明制备的型壳断面形貌。

通过在Instron-550型万能材料试验机上进行型壳抗弯强度测试，测试结果表面本发明制备的型壳焙烧后的强度要比传统硅溶胶工艺制备的型壳低16％，传统的型壳干强度为0.06MPa，而本发明的制备的型壳干强度只有0.05MPa。这是由于高温焙烧后聚丙乙烯、石墨粉燃烧后形成孔隙，降低强度，使得型壳的溃散性得以改善。同时测试表明本发明制备型壳的湿强度则高于传统方法制备的型壳10％，这是由于缠绕聚丙乙烯后使型壳韧性增加，从而提高了型壳湿强度。

另外，由于多孔型壳可有效地减缓传热，保温好，优于普通硅溶胶型壳。在浇注薄壁铸件时这种缓慢冷凝形式可有效减少铸件各部分温差，从而减小铸造缺陷产生倾向。

本发明可以显著提高型壳退让性，图1为采用传统的型壳制备工艺生产的钛铝合金试验件，图2为采用本专利中介绍的型壳制备工艺生产的钛铝合金试验件，通过对比可以看出，图1试样上出现了收缩裂纹，而图2试样则没有出现收缩裂纹，从而减少铸件裂纹出现的倾向，提高了铸件的合格率。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，其特征在于，所述方法是在精密铸造型壳制备过程中添加聚丙稀丝、石墨粉，通过高温焙烧聚丙烯丝、石墨粉得以燃烧，从而在型壳中形成孔隙，提高型壳退让性；

具体地，是在精密铸造型壳制备过程的配制浆料、涂挂型壳步骤中，将聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面，采用含石墨粉的背层浆料挂浆；

所述缠绕为均匀缠绕，缠绕的次数不多于5次，每次缠绕的层数为单层；

所述缠绕时，聚丙烯丝之间的距离大于3mm、小于12mm；

所述聚丙烯丝的宽度为0.3～1mm、厚度为0.2～0.8mm；

所述石墨粉粒度为60～100目。

2.根据权利要求1所述的提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，其特征在于，所述聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面是在上一层氧化物型壳浆料干燥后进行的。

3.根据权利要求1所述的提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，其特征在于，所述采用含石墨粉的背层浆料挂浆具体为在将聚丙烯丝缠绕于氧化物型壳表面完成后，粘含石墨粉的背层浆料、撒砂、干燥。

4.根据权利要求3所述的提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，其特征在于，所述背层浆料的涂挂层数为6～8层。

5.根据权利要求3或4所述的提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，其特征在于，所述背层浆料的主要成分为煤矸粉、硅溶胶，还含有石墨粉、消泡剂正丁醇、润湿剂脂肪醇聚氧乙烯醚。

6.根据权利要求5所述的提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，其特征在于，所述背层浆料的粘度为10～30S。

7.根据权利要求1所述的提高钛铝合金精密铸造氧化物陶瓷型壳退让性的方法，其特征在于，所述高温焙烧的具体条件为900～1050℃、2h～2.5h小时。