CN110586860B

CN110586860B - 一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法

Info

Publication number: CN110586860B
Application number: CN201910783104.7A
Authority: CN
Inventors: 岳春华; 李勇; 马林芝; 周耀忠
Original assignee: Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Xinghang Electromechanical Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2039-08-23
Also published as: CN110586860A

Abstract

本发明属于有色金属精密铸造技术领域，具体涉及一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法，包括制备面层碳酸钙复合料浆、涂挂蜡模面层、配制加固层料浆、制备加固层型壳、制备次加固层型壳和焙烧。本发明能够实现狭小型腔复杂结构产品精密铸造型壳的质量有效控制，显著提高钛合金铸件产品的质量；铸件料浆稳定性能好，成本低，惰性好，强度高；所制型壳与蜡模结合强度高，致密度高，质量好，能够避免铸件狭小型腔跑火的几率；型壳与钛合金不易反应，不易脱落，可以实现铸件内部无夹杂的控制。

Description

一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法

技术领域

本发明属于有色金属精密铸造技术领域，具体涉及一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法。

背景技术

钛是我国的战略性资源，随着国家经济发展和产业结构升级，钛合金材料的应用领域和需求数量还在不断增长，先进钛合金材料及其精密零部件制造已经成为国家基础工业发展必须具备的核心制造能力。熔模铸造工艺可铸造出形状复杂、表面光洁的钛合金铸件，尤其是大型薄壁复杂整体熔模铸造工艺的发展，在技术上和经济上都显示出很大的优越性。随着武器装备的升级换代，弹体结构从单一的回转体结构向复杂型面结构转变，从分体的小零件组装向整体化的大型零件转变。对于狭小型腔复杂结构产品，在制作型壳时撒砂困难，砂粒很难完全均匀覆盖，影响涂层的致密性能及型壳的整体强度，甚至造成产品的报废。因此，需要对狭小型腔复杂结构产品的钛合金精密铸造技术进一步改进，满足钛合金产品的质量，提高市场竞争力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法，以解决如何提高狭小型腔复杂结构产品涂层的致密性能及型壳的整体强度的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法，该方法包括如下步骤：

S1、制备面层碳酸钙复合料浆：在粘结剂锆溶胶中加入去离子水，混合均匀后加入碳酸钙或碳酸钙和氧化锆的混合物或碳酸钙和氧化钇的混合物；经过氧化锆球磨处理后，加入消泡剂、表面活性剂和添加剂，将此料浆作为涂挂面层所需涂挂料浆；

S2、涂挂蜡模面层：涂挂料浆搅拌均匀后浇淋到蜡模上，使蜡模各部分均匀地挂上涂挂料浆；将氧化锆砂均匀地撒到蜡模上；对蜡模进行干燥；

S3、配制加固层料浆：将粘结剂加入料浆搅拌桶中，边搅拌边加入耐火材料，然后再加入消泡剂、表面活性剂和添加剂；

S4、制备加固层型壳：将配制好的加固层料浆浇淋到蜡模上，并缓慢不断翻动蜡模，使蜡模各部分均匀地挂上加固层料浆，控料至多余的料滴淌干净；打开抽风机，将蜡模移至撒砂台，将撒砂材料均匀地撒到蜡模上，对蜡模进行干燥，待前一层完全干燥硬化后进行下一加固层涂挂；

S5、制备次加固层型壳：在粘结剂中加入去离子水，混合均匀后加入耐火材料，同时加入多种不同粒度的与耐火材料种类一致的撒砂材料，充分混合均匀后得到次加固层料浆；将配制好后的次加固层料浆逐层捣实至狭小型腔结构中，直至填满，对捣实后的蜡模进行干燥；

S6、焙烧：将涂覆完整涂层的型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧后取出型壳，放入钛合金真空熔炼炉中浇注。

进一步地，步骤S1中，使用的碳酸钙是经过电熔或煅烧后经过破碎筛分后所得的小于400目的经过致密化处理的颗粒，氧化锆和氧化钇是经过电熔或煅烧后经过破碎筛分后所得的小于320目的颗粒。

进一步地，消泡剂为正辛醇、正戊醇、异丙醇或活性聚硅氧烷水溶液；表面活性剂为EA类渗透剂或OT型表面活性剂；添加剂为乳胶或有机氢氧化物。

进一步地，步骤S2中，干燥时间24h±4h，干燥温度16℃～25℃，湿度30％～85％。

进一步地，粘结剂为硅溶胶、硅酸乙酯或磷酸铝；耐火材料为铝矾土、煤矸石或锆英粉；撒砂材料为铝矾土砂、煤矸石砂或锆英粉砂。

进一步地，步骤S2中，加固层料浆搅拌不小于12h后方可使用；在加固层料浆搅拌1h后加入消泡剂、表面活性剂和添加剂。

进一步地，步骤S6中，焙烧工艺为：升温至500℃，保温2h～4h，升温至900～1200℃，保温1h～4h。

(三)有益效果

本发明提出的狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法，包括制备面层碳酸钙复合料浆、涂挂蜡模面层、配制加固层料浆、制备加固层型壳、制备次加固层型壳和焙烧。

本发明能够实现狭小型腔复杂结构产品精密铸造型壳的质量有效控制，显著提高钛合金铸件产品的质量；铸件料浆稳定性能好，成本低，惰性好，强度高；所制型壳与蜡模结合强度高，致密度高，质量好，能够避免铸件狭小型腔跑火的几率；型壳与钛合金不易反应，不易脱落，可以实现铸件内部无夹杂的控制。

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。

本实施例提出一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法，具体包括如下步骤：

S1、制备面层碳酸钙复合料浆

在粘结剂锆溶胶中加入去离子水，混合均匀后加入碳酸钙或碳酸钙和氧化锆的混合物或碳酸钙和氧化钇的混合物，使用的碳酸钙是经过电熔或煅烧后经过破碎筛分后所得的小于400目的经过致密化处理的颗粒，氧化锆和氧化钇是经过电熔或煅烧后经过破碎筛分后所得的小于320目的颗粒；经过氧化锆球磨处理后，加入消泡剂(如正辛醇)、表面活性剂(如OT型表面活性剂)和添加剂(如乳胶、氢氧化四甲基铵)，所制备的料浆的粘度为25秒左右，将此料浆作为涂挂面层所需涂挂料浆。

S2、涂挂蜡模面层

调整涂挂料浆的粘度12S～65S(蔡恩杯5#)，料浆搅拌时间不小于8h。涂挂料浆搅拌均匀后采用自动或手动的方式用料勺将配制好的涂挂料浆浇淋到蜡模上，使蜡模各部分均匀地挂上涂挂料浆，控料至多余的料滴淌干净后，将60目～100目的氧化锆砂均匀地撒到蜡模上。采用自然干燥方式进行干燥，干燥时间24h±4h，面层干燥间温度16℃～25℃，湿度30％～85％。重复该步骤，涂挂1层～2层。

S3、准备加固层原材料

加固层粘结剂：Si30硅溶胶、Si25硅溶胶、硅酸乙酯或磷酸铝。

耐火材料：铝矾土(160目～200目)、煤矸石(160目～200目)或锆英粉(160目～260目)。

撒砂材料：铝矾土砂(10目～20目、16目～30目、30目～60目)、煤矸石砂(10目～20目，16目～30目，30目～60目)或锆英粉砂(10目～20目，16目～30目，30目～60目)。

消泡剂：正辛醇、正戊醇、异丙醇或活性聚硅氧烷水溶液等。

表面活性剂：EA类渗透剂或OT型表面活性剂等。

添加剂：乳胶、有机氢氧化物如氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四羟乙基铵或其他相当的有机氢氧化物。

S4、配制加固层料浆

将加固层粘结剂加入T形或L形料浆搅拌桶中，启动搅拌按钮，边搅拌边加入耐火材料，加固层料浆搅拌均匀无团状及沉淀后，采用蔡恩杯4#进行加固层料浆粘度的测定，加固层料浆搅拌不小于12h后方可使用。其中，在加固层料浆搅拌1h后加入消泡剂、表面活性剂和添加剂。

S5、制备加固层型壳

采用下述任一种方案制备加固层型壳：

方案1、粘结剂为：Si30+磷酸铝

层次	料浆粘度	撒砂粒度	干燥方式	环境温度	环境湿度
						1层～3层	4s～10s	30目～60目	风干	18℃～26℃	30％～70％

方案2、粘结剂为：Si25硅溶胶

层次	料浆粘度	撒砂粒度	干燥方式	环境温度	环境湿度
						1层～3层	4s～9s	30目～60目	风干	18℃～26℃	30％～70％

方案3、粘结剂为：硅酸乙酯

层次	料浆粘度	撒砂粒度	干燥方式	环境温度	环境湿度
						1层～3层	3s～6s	30目～60目	自然干燥	18℃～26℃	45％～80％

采用自动或手动的方式用料勺将配制好的加固层料浆浇淋到蜡模上，并缓慢不断翻动蜡模，使蜡模各部分均匀地挂上加固层料浆，控料至多余的料滴淌干净。打开抽风机，将蜡模移至撒砂台，将撒砂材料均匀地撒到蜡模上。将蜡模放入干燥间干燥，干燥时间不小于4h，待前一层完全干燥硬化后进行下一加固层涂挂，涂层厚度为1mm～7mm。

本实施例中，加固层粘结剂选用Si25硅溶胶，耐火材料选用200目的铝矾土，撒砂材料选用30目～60目的铝矾土砂，涂挂后每层完全干燥硬化后涂挂下一层，背层涂挂2层。

S6、制备次加固层型壳

选用磷酸铝作为粘结剂，在粘结剂中加入3％～10％去离子水，混合均匀后加入20-50％的耐火材料(铝矾土或煤矸石或是锆英粉)，同时加入如表1中不同粒度的与耐火材料种类一致的撒砂材料，充分混合均匀放置0.5小时后，作为次加固层料浆待用。

本实施例中，在500g粘结剂磷酸铝中加入100g去离子水，混合均匀后加入260目的铝矾土750g、30目～60目的铝矾土砂50g、16目～30目的铝矾土砂40g和10目～20目的铝矾土砂45g，制备得到次加固层料浆。

清除涂挂加固层的浮砂后，采用合适的工具将配制好后的次加固层料浆逐层捣实至狭小型腔结构中，直至填满。将捣实后的蜡模放入干燥间干燥，干燥间温度16℃～26℃，湿度30％～65％，干燥时间不小于12h

S7、焙烧

将涂覆完整涂层的型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧工艺为：升温至500℃，保温2h～4h，升温至900～1200℃，保温1h～4h。型壳于50℃以上取出，放入钛合金真空熔炼炉中浇注。

本实施例中，将干燥好的型壳放入焙烧炉中焙烧，升温至500℃，保温3h；升温至1050℃，保温2h。型壳于200℃以上取出，放入钛合金真空熔炼炉中浇注，所制的钛合金ZTA15铸件表面质量好，内部质量好，无夹杂及跑火现象产生。

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

1.一种狭小型腔复杂结构产品的钛合金熔模精密铸造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S3、配制加固层料浆：将加固层粘结剂加入料浆搅拌桶中，边搅拌边加入耐火材料，然后再加入消泡剂、表面活性剂和添加剂；所述加固层粘结剂为硅溶胶、硅酸乙酯或磷酸铝；所述耐火材料为铝矾土、煤矸石或锆英粉；所述撒砂材料为铝矾土砂、煤矸石砂或锆英粉砂；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，使用的碳酸钙是经过电熔或煅烧后经过破碎筛分后所得的小于400目的经过致密化处理的颗粒，氧化锆和氧化钇是经过电熔或煅烧后经过破碎筛分后所得的小于320目的颗粒。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述消泡剂为正辛醇、正戊醇、异丙醇或活性聚硅氧烷水溶液；所述表面活性剂为EA类渗透剂或OT型表面活性剂；所述添加剂为乳胶或有机氢氧化物。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述干燥时间24h±4h，干燥温度16℃～25℃，湿度30％～85％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述加固层料浆搅拌不小于12h后方可使用；在加固层料浆搅拌1h后加入消泡剂、表面活性剂和添加剂。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6中，焙烧工艺为：升温至500℃，保温2h～4h，升温至900～1200℃，保温1h～4h。