CN105880464A - 一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法 - Google Patents

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Abstract

一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，该方法包括以下步骤：石墨模具的制备、石墨铸型的组装与浇铸成型；在组装石墨铸型之前对所制备的石墨模具进行涂层处理，涂层处理包括调配涂料、石墨模具表面处理、石墨模具表面刷涂与喷涂涂层、真空除气和打磨。本发明优化了石墨铸型型腔的表面结构，在生产石墨型铸件时，可以有效提高石墨型铸件的表面质量，钛铸件表面粗糙度能够达到6.3μm的水平，达到了熔模精密钛合金铸件的水平，还能大幅提高薄壁铸件的充型极限，保证的薄壁钛合金铸件充型完整，提高大型薄壁钛铸件的研制成品率。

Description

一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法
技术领域
本发明属于钛合金铸件铸造技术领域，尤其涉及一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法。
背景技术
钛合金铸件目前比较成熟的生产方式有两种，一种是熔模精密铸造，另一种是机加工石墨型铸造。
把熔模精密铸造应用于薄壁钛合金铸件的生产，获得的铸件外观质量好，但是采用熔模精密铸造生产大型薄壁钛铸件的生产过程中，在蜡模阶段的变形不易控制，蜡模的变形造成最终铸件尺寸超差，严重时造成铸件报废，且铸件成品率较低。若采用机加工石墨型铸造生产大型薄壁钛合金铸件，由于石墨型的导热性好，蓄热系数高，获得的铸件表面易产生微裂纹，且充型极限低。另外，采用机加工石墨型铸造生产薄壁铸件时，在薄壁部位经常出现浇不足的现象。但是石墨型钛铸件变形量较小，在保证铸件充型完整的情况下，其成品率高。
因此，有必要研究一种石墨型大型薄壁钛合金铸件的工艺方法，一方面可以降低铸件变形提高铸件成品率；另一方面，在机加工石墨型铸造方法的基础上实现了大型薄壁钛铸件的生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，在进行浇铸液浇铸之前，对石墨模具进行涂层处理，可以提高铸件的表面质量，使得铸件充型完整，避免薄壁面浇不足的现象，提高了大型薄壁钛铸件的成品率。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，该方法包括以下步骤：石墨模具的制备、石墨铸型的组装与浇铸成型，其中，石墨铸型由所制备的石墨模具组装而成，其特征在于：在组装石墨铸型之前对所制备的石墨模具进行涂层处理，涂层处理包括如下步骤：
步骤一：按照90~95:5~10的重量比将氧化钇和氧化锆混合成混合粉体，再将混合粉体和硅溶胶按照3~6:1的重量比混合调配涂料膏，然后向涂料膏中加入1~2滴消泡剂，并搅拌至涂料膏出现流动性后，向其中倒入稀释液并搅拌均匀，得到刷涂涂料；
步骤二：将步骤一中的混合粉体和硅溶胶按照5~8:1的重量比混合均匀，得到喷涂涂料；
步骤三：在石墨模具上，对构成石墨铸型型腔的一面进行表面清理，并用步骤一所调配的刷涂涂料将清理后表面上的坑洞填平；
步骤四：将步骤一中调配的刷涂涂料反复刷涂至经步骤三处理的石墨模具表面，使得涂层厚度为0.1~0.3mm，并在干燥0.5~1h后，用气枪将步骤二调配的喷涂涂料喷涂至上述涂层，使喷涂后的涂层呈均匀分布的亚光面；
步骤五：将经步骤四处理的石墨模具放置于真空除气炉中进行真空除气，炉内加热温度为900±30℃，真空度≤20Pa，保温时间为3.5~4.5h后，石墨模具随炉冷却至300℃以下出炉；
步骤六：对出炉后的石墨模具进行冷却，当冷却至40℃以下时，用砂纸对石墨模具上的流痕和凸起进行打磨，即完成涂层处理。
进一步的，在石墨铸型的组装过程中，在对石墨模具每次装型敲击后，除去石墨铸型型腔内的粉尘颗粒。
进一步的，所述步骤一调配的刷涂涂料的黏度为20±5g/min，该黏度的检测方法为：将一个尺寸大小为150mm×150mm×1mm的标准样块蘸取刷涂涂料，使标准样块上的涂料自然滴在一天平上，并称量在单位时间1min内所滴下涂料的重量，所得结果即为刷涂涂料的黏度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
第一，利用本发明所制备的石墨型，可以有效提高石墨型铸件的表面质量，钛铸件表面粗糙度能够达到6.3μm的水平，还能大幅提高薄壁铸件的充型极限，保证的薄壁钛合金铸件充型完整，提高大型薄壁钛铸件的研制成品率。
第二，本发明的工序流程操作简单，在传统的机加工石墨型的铸件上增的涂层处理工序，操作简单，相对钛合金铸件的生产周期，其增加工时可以忽略。
第三，成本低，石墨涂层选用粉体及液体的成本较低，一件大型石墨型薄壁铸件成本只增加了2000元左右，该成本相对于铸件的总体成本可以忽略不计。
第四，利用本发明制备的石墨型生产的钛合金铸件表面质量高，对石墨型进行处理后的钛合金铸件表面粗糙度从12.5μm提高到了6.3μm，达到了熔模精密钛合金铸件的水平，且铸件表面的流痕、裂纹等缺陷明显减少，减少了铸件修整的时间，提高了铸件生产的工作效率。
第五，可大幅提高薄壁铸件的充型极限，常规的机加工石墨型4mm薄壁钛合金铸件的充型极限为200±20mm，经过涂层处理后的充型极限可提高至300±20mm，保障的铸件的充型完整，提高了铸件的成品率。
第六，用本发明所调配的刷涂涂料和喷涂涂料形成的涂层与石墨型的结合力强，并且，经过高温除气后，石墨型上的涂层也不会脱落，因此能够有效保障钛铸件的内部质量。
附图说明
图1是钛合金铸件两种铸造工艺的比较。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式，以生产大型薄壁进气道铸件（总体尺寸：379×191 ×1960mm，铸件约70%的面积为4mm薄壁结构）所用的机加工石墨型为例，对本发明所述的技术方案进行进一步的说明，。
实施例1：一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，该方法包括以下步骤：石墨模具的制备、石墨铸型的组装与浇铸成型，其中，石墨铸型由所制备的石墨模具组装而成，浇铸进气道铸件所用的石墨铸型由42块石墨模具组成，利用石墨模具组装石墨铸型之前需要对其中的33块石墨模具进行涂层处理，涂层处理包括如下步骤：
（1）按照95:5的重量比将氧化钇和氧化锆混合成混合粉体，再将混合粉体和硅溶胶按照4.5:1的重量比混合调配涂料膏，然后向涂料膏中加入1滴消泡剂，并搅拌至涂料膏出现流动性后，向其中倒入稀释液并搅拌至涂料黏度达到15 g/min，得到刷涂涂料；
（2）将步骤（1）中的混合粉体和硅溶胶按照6:1的重量比混合均匀，得到喷涂涂料；
（3）在石墨模具中，对构成石墨铸型型腔的一面进行表面清理；
（4）用步骤（1）所调配的刷涂涂料将清理后的石墨模具表面的坑洞填平；
（5）将步骤（1）中调配的刷涂涂料反复刷涂至经步骤（4）处理的石墨模具表面，使得涂层厚度为0.1mm，并在干燥0.5h后，用气枪将步骤（2）调配的喷涂涂料喷涂至上述刷涂所得的涂层上，使喷涂后的涂层呈均匀分布的亚光面；
（6）将经步骤（5）处理的石墨模具放置于真空除气炉中进行真空除气，炉内加热温度为870℃，真空度≤20Pa，保温时间为3.5h后，石墨模具随炉冷却至300℃以下出炉；
（7）对出炉后的石墨模具进行冷却，当冷却至40℃以下时，用200目的砂纸对石墨模具涂层上的流痕和凸起进行打磨；
（8）对经步骤（7）打磨后的石墨模具进行组型，以组成石墨铸型，并在每次装型敲击后，用吸尘器或压缩空气除去型腔内的粉尘颗粒。
实施例2：一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，该方法包括以下步骤：石墨模具的制备、石墨铸型的组装与浇铸成型，其中，石墨铸型由所制备的石墨模具组装而成，浇铸进气道铸件所用的石墨铸型由42块石墨模具组成，利用石墨模具组装石墨铸型之前需要对其中的33块石墨模具进行涂层处理，涂层处理包括如下步骤：
（1）按照90:10的重量比将氧化钇和氧化锆混合成混合粉体，再将混合粉体和硅溶胶按照3:1的重量比混合调配涂料膏，然后向涂料膏中加入2滴消泡剂，并搅拌至涂料膏出现流动性后，向其中倒入稀释液并搅拌至涂料黏度达到25 g/min，得到刷涂涂料；
（2）将步骤（1）中的混合粉体和硅溶胶按照5:1的重量比混合均匀，得到喷涂涂料；
（3）在石墨模具中，对构成石墨铸型型腔的一面进行表面清理；
（4）用步骤（1）所调配的刷涂涂料将清理后的石墨模具表面的坑洞填平；
（5）将步骤（1）中调配的刷涂涂料反复刷涂至经步骤（4）处理的石墨模具表面，使得涂层厚度为0.3mm，并在干燥1h后，用气枪将步骤（2）调配的喷涂涂料喷涂至上述刷涂所得的涂层上，使喷涂后的涂层呈均匀分布的亚光面；
（6）将经步骤（5）处理的石墨模具放置于真空除气炉中进行真空除气，炉内加热温度为930℃，真空度≤20Pa，保温时间为4.5h后，石墨模具随炉冷却至300℃以下出炉；
（7）对出炉后的石墨模具进行冷却，当冷却至40℃以下时，用200目的砂纸对石墨模具涂层上的流痕和凸起进行打磨；
（8）对经步骤（7）打磨后的石墨模具进行组型，以组成石墨铸型，并在每次装型敲击后，用吸尘器或压缩空气除去型腔内的粉尘颗粒。
实施例3：一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，该方法包括以下步骤：石墨模具的制备、石墨铸型的组装与浇铸成型，其中，石墨铸型由所制备的石墨模具组装而成，浇铸进气道铸件所用的石墨铸型由42块石墨模具组成，利用石墨模具组装石墨铸型之前需要对其中的33块石墨模具进行涂层处理，涂层处理包括如下步骤：
（1）按照92:8的重量比将氧化钇和氧化锆混合成混合粉体，再将混合粉体和硅溶胶按照6:1的重量比混合调配涂料膏，然后向涂料膏中加入1滴消泡剂，并搅拌至涂料膏出现流动性后，向其中倒入稀释液并搅拌至涂料黏度达到20 g/min，得到刷涂涂料；
（2）将步骤（1）中的混合粉体和硅溶胶按照8:1的重量比混合均匀，得到喷涂涂料；
（3）在石墨模具中，对构成石墨铸型型腔的一面进行表面清理；
（4）用步骤（1）所调配的刷涂涂料将清理后的石墨模具表面的坑洞填平；
（5）将步骤（1）中调配的刷涂涂料反复刷涂至经步骤（4）处理的石墨模具表面，使得涂层厚度为0.2mm，并在干燥0.5h后，用气枪将步骤（2）调配的喷涂涂料喷涂至刷涂所得的涂层上，使喷涂后的涂层表面呈均匀分布的亚光面；
（6）将经步骤（5）处理的石墨模具放置于真空除气炉中进行真空除气，炉内加热温度为900℃，真空度≤20Pa，保温时间为4h后，石墨模具随炉冷却至300℃以下出炉；
（7）对出炉后的石墨模具进行冷却，当冷却至40℃以下时，用200目的砂纸对石墨模具涂层上的流痕和凸起进行打磨；
（8）对经步骤（7）打磨后的石墨模具进行组型，以组成石墨铸型，并在每次装型敲击后，用吸尘器或压缩空气除去型腔内的粉尘颗粒。
在以上实施例中，刷涂涂料的黏度检测方法为：将一个尺寸大小为150mm×150mm×1mm的标准样块蘸取刷涂涂料，使标准样块上的涂料自然滴在一天平上，并称量在单位时间1min内所滴下涂料的重量，所得结果即为刷涂涂料的黏度。

Claims (3)

1.一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，该方法包括以下步骤：石墨模具的制备、石墨铸型的组装与浇铸成型，其中，石墨铸型由所制备的石墨模具组装而成，其特征在于：在组装石墨铸型之前对所制备的石墨模具进行涂层处理，涂层处理包括如下步骤：
步骤一：按照90~95:5~10的重量比将氧化钇和氧化锆混合成混合粉体，再将混合粉体和硅溶胶按照3~6:1的重量比混合调配涂料膏，然后向涂料膏中加入1~2滴消泡剂，并搅拌至涂料膏出现流动性后，向其中倒入稀释液并搅拌均匀，得到刷涂涂料；
步骤二：将步骤一中的混合粉体和硅溶胶按照5~8:1的重量比混合均匀，得到喷涂涂料；
步骤三：在石墨模具上，对构成石墨铸型型腔的一面进行表面清理，并用步骤一所调配的刷涂涂料将清理后表面上的坑洞填平；
步骤四：将步骤一中调配的刷涂涂料反复刷涂至经步骤三处理的石墨模具表面，使得涂层厚度为0.1~0.3mm，并在干燥0.5~1h后，用气枪将步骤二调配的喷涂涂料喷涂至上述涂层，使喷涂后的涂层呈均匀分布的亚光面；
步骤五：将经步骤四处理的石墨模具放置于真空除气炉中进行真空除气，炉内加热温度为900±30℃，真空度≤20Pa，保温时间为3.5~4.5h后，石墨型组件随炉冷却至300℃以下出炉；
步骤六：对出炉后的石墨模具进行冷却，当冷却至40℃以下时，用砂纸对石墨模具涂层上的流痕和凸起进行打磨，即完成涂层处理。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，其特征在于：在石墨铸型的组装过程中，在对石墨模具每次装型敲击后，除去石墨铸型型腔内的粉尘颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁钛合金铸件的石墨型铸造方法，其特征在于：步骤一所调配的刷涂涂料的黏度为20±5g/min。
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