CN109047649B - 一种提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛合金铸造技术领域，具体涉及一种提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型及其制备方法。该制备方法包括制备石墨铸型试片、配制涂层料浆、涂覆涂层料浆和铸型焙烧。本发明通过将具有特定成分与比例的涂层料浆涂覆至石墨铸型试片的各部分得到适用于钛合金铸造的石墨铸型。本发明能够显著提高钛合金石墨铸型铸造的充型性能，实现2.5mm壁厚试片的完好充型，充型能力提升50％；涂层料浆稳定性能好，成本低，惰性好；所制涂层与铸型结合强度高，不易脱落，表面质量好；涂层与钛合金不易反应，表面无冷隔缺陷、可以实现铸件内部无夹杂的控制。

Description

一种提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型及其制备方法
技术领域
本发明属于钛合金铸造技术领域，具体涉及一种提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型及其制备方法。
背景技术
钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好、线膨胀系数小、高温和低温力学性能优良、生物相容性好等优异性能，既是优质结构材料，又是新型功能材料和重要的生物植入材料，在航空航天、舰船、化工、冶金、汽车、体育和生物医学等领域中均得到了广泛应用。钛合金机加石墨铸型铸造工艺，因具有尺寸精度高、耐火度好、铸型强度高及生产周期短等特点而被国内大部分铸造厂普遍采用。随着数控加工技术和热等静压技术的的应用和发展,通过三维造型自动生成数控加工程序,可以快速精确地制造出大型复杂石墨铸型。但是由于石墨本身的热导率高，冷却速度快，会出现充型性能差的问题，限制了机加石墨型铸造工艺方法在大型复杂薄壁钛合金铸件中的应用。因此，研究提高钛合金石墨铸型铸造充型性能的方法，可以显著提高钛合金铸造工艺技术水平及应用范围，满足军民品对钛合金铸造技术提升的迫切需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型及其制备方法，以解决如何改善钛合金铸造充型性能的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1、制备石墨铸型试片：采用机加石墨铸造方法制备石墨铸型试片，将石墨铸型试片进行除气；
S2、配制涂层料浆：在质量百分比35-70％的硅溶胶中加入质量百分比0-20％的去离子水和质量百分比3-25％的乳胶；混合均匀后加入质量百分比20-60％的锆酸钙和氧化钇混合物，其中锆酸钙占氧化钇质量百分比的5-35％；加入0.1-2％的渗透剂EA和0.1-2％的活性聚硅氧烷水；
S3、涂覆涂层料浆：使用5#蔡恩杯调整涂层料浆的粘度为5～15s，料浆搅拌时间不小于12h；第一涂层采用喷涂方法进行，第二涂层采用刷涂方法进行，将配制好的涂层料浆均匀涂覆到石墨铸型试片的各部分；对石墨铸型试片的涂层料浆进行干燥处理；待涂层料浆充分干燥硬化后，重复上述涂覆过程；
S4、铸型焙烧：将涂覆有涂层料浆的石墨铸型试片进行焙烧，得到用于钛合金铸造的石墨铸型。
进一步地，在步骤S1中，将石墨铸型试片放置于真空除气炉中进行除气。
进一步地，在步骤S2中，将锆酸钙和氧化钇按照比例充分混合均匀，经过电熔后，破碎筛分得到粉状颗粒的锆酸钙和氧化钇混合物。
进一步地，在步骤S2中，锆酸钙和氧化钇混合物的粉状颗粒约320目。
进一步地，在步骤S3中，采用风干燥方式对石墨铸型试片的涂层料浆进行干燥处理，干燥时间10±2h，干燥间温度20-26℃，湿度30-60％。
进一步地，在步骤S3中，涂层料浆的层次为1～15层，涂层料浆的厚度为0.8～20mm。
进一步地，在步骤S4中，将石墨铸型试片放入真空除气炉中焙烧。
进一步地，在步骤S4中，焙烧工艺为：升温至500℃，保温2h～4h，升温至900～1000℃，保温1h～4h。
此外，本发明还提出一种石墨铸型，该石墨铸型采用上述任一项的方法制备；其中，涂层料浆的成分及其比例为：
锆酸钙和氧化钇混合物：20-60％(质量百分比)，其中锆酸钙占氧化钇质量百分比的5-35％；
硅溶胶：35-70％(质量百分比)；
去离子水：0-20％(质量百分比)；
渗透剂EA：0.1-2％(质量百分比)；
活性聚硅氧烷水：0.1-2％(质量百分比)；
乳胶：3-25％(质量百分比)。
此外，本发明还提出一种提高钛合金石墨铸型铸造充型性能的铸造方法，该铸造方法采用上述石墨铸型，将石墨铸型放入钛合金熔炼炉中进行浇注。
(三)有益效果
本发明提出的提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型及其制备方法，该制备方法包括制备石墨铸型试片、配制涂层料浆、涂覆涂层料浆和铸型焙烧。本发明通过将具有特定成分与比例的涂层料浆涂覆至石墨铸型试片的各部分得到适用于钛合金铸造的石墨铸型。本发明能够显著提高钛合金石墨铸型铸造的充型性能，实现2.5mm壁厚试片的完好充型，充型能力提升50％；涂层料浆稳定性能好，成本低，惰性好；所制涂层与铸型结合强度高，不易脱落，表面质量好；涂层与钛合金不易反应，表面无冷隔缺陷、可以实现铸件内部无夹杂的控制。
附图说明
图1为本发明实施例的石墨铸型试片结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种提高钛合金石墨铸型铸造充型性能的铸造方法，该制备方法包括如下步骤：
S1、制备石墨铸型试片：采用机加石墨铸造方法制备石墨铸型试片，试片的尺寸为80mm×800mm×2.5mm、80mm×800mm×3.5mm、80mm×800mm×4.5mm、80mm×800mm×5mm(如图1所示)，将制备好的石墨铸型试片进行真空除气，除气过程中真空度制度≤2.0Pa，除气温度为900±20℃，保温时间≥2h，炉冷至500℃下可停真空泵，炉冷至300℃下可出炉。
S2、配制涂层料浆：在1000g硅溶胶中加入100g去离子水、200g乳胶，混合均匀后加入320目电熔后的锆酸钙和氧化钇的混合物1200g，加入2g渗透剂EA、0.1g活性聚硅氧烷水，所制备的涂层料浆的粘度为12秒左右。将此作为石墨铸型涂层所需涂料。
S3、涂覆涂层料浆：使用5#蔡恩杯调整所述涂层料浆的粘度为6s，料浆搅拌时间不小于12h；第一涂层采用喷涂方法进行，其余涂层采用刷涂方法进行，将配制好的涂层料浆均匀涂覆到石墨铸型试片的各部分；对涂层料浆进行干燥处理；待涂层料浆充分干燥硬化后，重复涂覆过程，制备得到8层涂层。
S4、铸型焙烧：将涂覆有涂层料浆的石墨铸型试片放入真空除气炉中焙烧，升温至500℃，保温3小时，升温至950℃，保温2小时。石墨铸型试片于200℃取出，得到用于钛合金铸造的石墨铸型。
S5、钛合金铸造：将焙烧后的石墨铸型放入钛合金真空熔炼炉中浇注。所制得钛合金ZTA15试片在石墨铸型内充型完好，光洁度高，表面质量好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高钛合金铸造充型性能的石墨铸型制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、制备石墨铸型试片：采用机加石墨铸造方法制备石墨铸型试片，将所述石墨铸型试片进行除气；
S2、配制涂层料浆：在质量百分比35-70％的硅溶胶中加入质量百分比0-20％的去离子水和质量百分比3-25％的乳胶；混合均匀后加入质量百分比20-60％的锆酸钙和氧化钇混合物，其中锆酸钙占氧化钇质量百分比的5-35％；加入0.1-2％的渗透剂EA和0.1-2％的活性聚硅氧烷水；
S3、涂覆涂层料浆：使用5#蔡恩杯调整所述涂层料浆的粘度为5～15s，料浆搅拌时间不小于12h；第一涂层采用喷涂方法进行，其余涂层采用刷涂方法进行，将配制好的所述涂层料浆均匀涂覆到所述石墨铸型试片的各部分；对所述石墨铸型试片的所述涂层料浆进行干燥处理；待所述涂层料浆充分干燥硬化后，重复上述涂覆过程；其中，采用风干燥方式对所述石墨铸型试片的所述涂层料浆进行干燥处理，干燥时间10±2h，干燥间温度20-26℃，湿度30-60％；
S4、铸型焙烧：将涂覆有所述涂层料浆的所述石墨铸型试片进行焙烧，得到用于钛合金铸造的石墨铸型；其中，所述焙烧工艺为：升温至500℃，保温2h～4h，升温至900～1000℃，保温1h～4h。
2.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于，在所述步骤S1中，将所述石墨铸型试片放置于真空除气炉中进行除气。
3.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于，在所述步骤S2中，将锆酸钙和氧化钇按照比例充分混合均匀，经过电熔后，破碎筛分得到粉状颗粒的锆酸钙和氧化钇混合物。
4.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于，在所述步骤S2中，所述锆酸钙和氧化钇混合物的粉状颗粒约320目。
5.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于，在所述步骤S3中，所述涂层料浆的层次为2～15层，所述涂层料浆的厚度为0.8～20mm。
6.如权利要求1所述的制备方法；其特征在于，在所述步骤S4中，将所述石墨铸型试片放入真空除气炉中焙烧。
7.一种石墨铸型，其特征在于，所述石墨铸型采用上述任一项所述的方法制备；其中，所述涂层料浆的成分及其比例为：
锆酸钙和氧化钇混合物：20-60％(质量百分比)，其中锆酸钙占氧化钇质量百分比的5-35％；
硅溶胶：35-70％(质量百分比)；
去离子水：0-20％(质量百分比)；
渗透剂EA：0.1-2％(质量百分比)；
活性聚硅氧烷水：0.1-2％(质量百分比)；
乳胶：3-25％(质量百分比)。
8.一种提高钛合金石墨铸型铸造充型性能的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法采用如权利要求7所述的石墨铸型，将所述石墨铸型放入钛合金熔炼炉中进行浇注。
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