CN113458338B - 一种钛合金铸造用冒口的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钛合金铸造用冒口的制备方法，冒口包括冒口本体及开设在冒口本体内部的型腔，型腔的下端口与冒口本体的下端口相连通，型腔的内壁涂有惰性面层，包括以下制备步骤：根据数模设计制备冒口蜡模原样的压型模具和以冒口为模样的砂型模具；在压蜡机上压制冒口蜡模原样；将冒口蜡模原样与砂型模具进行组合；制备型壳与加固层的物料；制备冒口坯体；干燥；加热脱蜡；低温焙烧；制备冒口的惰性面层涂料；将惰性面层涂料灌入冒口坯体中并进行干燥；高温烧结得到冒口成品。本专利制备的冒口的保温性能好，可以提高铸件厚大部位的补缩效果，提高产品的质量，降低铸件后序精整成本。

Description

一种钛合金铸造用冒口的制备方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种钛合金铸造用冒口的制备方法。

背景技术

随着航空、航天、兵器、船舶等领域的飞速发展，对于大型复杂结构的钛合金铸件需求越来越多。国内外钛合金精铸件主要采用的铸造工艺是机加石墨型铸造和熔模精密铸造，这两种铸造工艺都有其局限性。钛合金石墨型铸造工艺，浇注方法通常有顶注式和底注式。实际生产中，采用顶注式浇注时，钛液流动不平稳，由于石墨的激冷作用，往往导致铸件表面产生许多冷隔、流痕等缺陷，为了去除缺陷，需要进行补焊、精整，增加了制造成本。而采用底注式浇注，钛液能够平稳的充满铸型腔体，铸件表面质量可以得到大大改观，但是，采用底注式浇注钛合金铸件，铸件厚大部位补缩比较困难，即使在厚大部位相应石墨铸型上开设冒口腔体，由于石墨导热太快，冒口对厚大部位的补缩效果不佳，最终导致铸件厚大部位产生内部缩孔，影响产品质量。

发明内容

针对钛合金铸件石墨型铸造过程中厚大部位补缩困难的问题，本发明提供一种钛合金铸造用冒口的制备方法，本专利制备的冒口的保温性能好，可以提高铸件厚大部位的补缩效果，提高产品的质量，降低铸件后序精整成本。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种钛合金铸造用冒口的制备方法，冒口包括冒口本体及开设在冒口本体内部的型腔，型腔的下端口与冒口本体的下端口相连通，型腔的内壁涂有惰性面层，包括以下制备步骤：

步骤一、利用制图软件设计冒口数模，根据数模设计制备冒口蜡模原样的压型模具和以冒口为模样的砂型模具；

步骤二、在压蜡机上压制冒口蜡模原样，进行修整待用；

步骤三、将冒口蜡模原样与砂型模具进行组合；

步骤四、制备冒口本体的物料，将莫来石粉和莫来石砂按照1:3～5的质量比进行称取混合，添加混合料总质量的8～15%的硅溶胶，将混合料和硅溶胶进行充分混合，得背层物料；

步骤五、制备冒口坯体，将混合好的背层物料填充到砂型模具中，并进行捣实，顶面抹平；

步骤六、将步骤五中的冒口坯体带模具置于室内22~28℃的条件下干燥5~10h，干燥后脱除砂型模具得到冒口坯体；

步骤七、将步骤六中的冒口坯体在焙烧炉内进行200～300℃的加热脱蜡，脱蜡时间20~30min；

步骤八、将步骤七处理过的冒口坯体再次置于焙烧炉内进行600～700℃的低温焙烧，保温时间30~40min，低温烧结后冒口坯体进行表面修整，待用；

步骤九、制备冒口的惰性面层涂料，将二醋酸锆和蒸馏水按照3.5～5:1的质量比进行混合制得惰性面层涂料的粘结剂，然后将氧化钇和粘结剂按照粉液质量比2～3.5:1进行混合制备惰性面层涂料；

步骤十、将惰性面层涂料灌入冒口坯体中，操作2~3次，保证形成不少于0.5mm的面层，并在冒口端面涂刷0.4~0.6mm的惰性面层涂料，在室内22~28℃的条件下进行20～30min的干燥；

步骤十一、干燥后冒口置于焙烧炉内进行不少于1000℃的高温烧结，焙烧后经过修正得到冒口成品。

进一步的，冒口本体的横截面为圆形或矩形。

进一步的，型腔的上端口的宽度大于型腔下端口的宽度。

进一步的，型腔的顶面和型腔的侧面的连接处采用弧形过渡连接。

本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：

1、采用本发明的冒口制备方法，可以批量制备冒口，制作成本低、效率高；

2、采用本发明制备的冒口，置于钛合金铸造的石墨铸型中，冒口采用热导率较低的耐火材料制作，石墨热导率为110～130W·（m·K ^-1），莫来石热导率＜0.5 W·（m·K^-1），冒口的保温性能好，可以提高铸件厚大部位的补缩效果，消除铸件厚大部位80%缩孔，缩孔大小减少了90%，提高产品的质量，降低铸件后序精整成本。

附图说明

图1是本发明的冒口的结构示意图；

图2是本发明的砂型模具的结构示意图；

图中标记：1、冒口本体，2、型腔，4、蜡模原样，5、砂型模具。

具体实施方式

结合附图对本发明实施例加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种钛合金铸造用冒口的制备方法，其特征在于：冒口包括冒口本体1及开设在冒口本体1内部的型腔2，型腔2的下端口与冒口本体1的下端口相连通，型腔2的内壁涂有惰性面层，冒口本体1的横截面为圆形或矩形；型腔2的上端口的宽度大于型腔2下端口的宽度；型腔2的顶面和型腔2的侧面的连接处采用弧形过渡连接，冒口的制备方法包括以下制备步骤：

步骤一、利用制图软件设计冒口数模，根据数模设计制备冒口蜡模原样4的压型模具和以冒口为模样的砂型模具5；

步骤二、在压蜡机上压制冒口蜡模原样4，进行修整待用；

步骤三、将冒口蜡模原样4与砂型模具5进行组合；

步骤四、制备冒口本体1的物料，将莫来石粉和莫来石砂按照1:3～5的质量比进行称取混合，添加混合料总质量的8～15%的硅溶胶，将混合料和硅溶胶进行充分混合，得背层物料；

步骤五、制备冒口坯体，将混合好的背层物料填充到砂型模具5中，并进行捣实，顶面抹平；

步骤六、将步骤五中的冒口坯体带模具置于室内22~28℃的条件下干燥5~10h，干燥后脱除砂型模具5得到冒口坯体；

步骤七、将步骤六中的冒口坯体在焙烧炉内进行200～300℃的加热脱蜡，脱蜡时间20~30min；

步骤八、将步骤七处理过的冒口坯体再次置于焙烧炉内进行600～700℃的低温焙烧，保温时间30~40min，低温烧结后冒口坯体进行表面修整，待用；

步骤九、制备冒口的惰性面层涂料，将二醋酸锆和蒸馏水按照3.5～5:1的质量比进行混合制得惰性面层涂料的粘结剂，然后将氧化钇和粘结剂按照粉液质量比2～3.5:1进行混合制备惰性面层涂料；

步骤十、将惰性面层涂料灌入冒口坯体中，操作2~3次，保证形成不少于0.5mm的面层，并在冒口端面涂刷0.4~0.6mm的惰性面层涂料，在室内22~28℃的条件下进行20～30min的干燥；

步骤十一、干燥后冒口置于焙烧炉内进行不少于1000℃的高温烧结，焙烧后经过修正得到冒口成品。

目前的铸件的铸型型腔4两侧存在两处厚大结构，采用底注式浇注，厚大部位极容易产生大的缩孔缺陷，为此需要在厚大部位设置冒口，本专利中在厚大部位对应的石墨模具上嵌入特制的冒口，该冒口结构见图1所示；本发明冒口的结构示意，冒口由冒口本体1和开设在冒口本体内部的型腔2构成，型腔2内壁涂有惰性面层，冒口本体1采用加固材料制备而成，惰性面层采用钛合金熔模铸造面层材料，面层材料粘结剂采用二醋酸锆溶液，面层填料采用80-100目的Y₂O₃粉，粉液比为2～3.5:1；冒口本体1采用硅溶胶为粘结剂，200～300目莫来石粉和16-40目莫来石砂为骨料。本发明冒口的制备方法如下：首先，设计冒口形状，可根据实际产品需要，设计横向截面为圆形或矩形的冒口，并以冒口原型设计蜡模模具，在压蜡机上制备冒口蜡模原型；然后，以蜡模原型为模样，制备一定规格的金属或木质砂型模具；接下来制备冒口背层物料，将莫来石粉和莫来石砂按1:3～5的质量份进行混合，随后添加混合料总量的8～15%的硅溶胶，将混合砂和硅溶胶进行充分混合；随后，将背层混合料填充到冒口砂型模具中，并进行捣实，待干燥后进行脱模；在焙烧炉进行脱落去除冒口蜡模原型，进行修整后得到冒口坯体；将冒口坯体置于焙烧炉内进行低温烧结，同时制备面层涂料；将制备好的面层涂料灌入冒口坯体的腔体中制备惰性面层，制备2~3次，此外，为了避免冒口在使用时，冒口端面与金属液发生反应，需在冒口底面刷涂面层涂料，干燥后，将冒口置入焙烧炉内，进行≥1000℃的烧结，得到冒口成品。

具体实施例

一种钛合金铸造用冒口的制备方法，冒口包括冒口本体1及设置在冒口本体1内的型腔2，型腔2的内壁涂有惰性面层，型腔2与冒口本体1间的填充有加固层3，包括以下制备步骤：

步骤一、利用制图软件设计冒口数模，根据数模设计制备冒口蜡模原样4的压型模具和以冒口为模样的砂型模具5；

步骤二、在压蜡机上压制冒口蜡模原样4，进行修整待用；

步骤三、将冒口蜡模原样4与砂型模具5进行组合；

步骤四、制备冒口本体1与加固层3的物料，将莫来石粉和莫来石砂按照1:3～5的质量比进行称取混合，添加混合料总质量的8～15%的硅溶胶，将混合料和硅溶胶进行充分混合，得背层物料；

步骤五、制备冒口坯体，将混合好的背层物料填充到砂型模具5中，并进行捣实，顶面抹平；

步骤六、将步骤五中的冒口坯体带模具置于室内22~28℃的条件下干燥5~10h，干燥后脱除砂型模具5得到冒口坯体；

步骤七、将步骤六中的冒口坯体在焙烧炉内进行200～300℃的加热脱蜡，脱蜡时间20~30min；

步骤八、将步骤七处理过的冒口坯体再次置于焙烧炉内进行600～700℃的低温焙烧，保温时间30~40min，低温烧结后冒口坯体进行表面修整，待用；

步骤九、制备冒口的惰性面层涂料，将二醋酸锆和蒸馏水按照3.5～5:1的质量比进行混合制得惰性面层涂料的粘结剂，然后将氧化钇和粘结剂按照粉液质量比2～3.5:1进行混合制备惰性面层涂料；

步骤十、将惰性面层涂料灌入冒口坯体中，操作2~3次，保证形成不少于0.5mm的面层，并在冒口端面涂刷0.4~0.6mm的惰性面层涂料，在室内22~28℃的条件下进行20～30min的干燥；

步骤十一、干燥后冒口置于焙烧炉内进行不少于1000℃的高温烧结，焙烧后经过修正得到冒口成品；

步骤十二、加工本专利的石墨模具，在模具待放置冒口部位按照冒口外形尺寸加工出凹槽-即本专利的安装孔，并将石墨模具进行真空除气处理；

步骤十三、将制备好的冒口嵌入石墨模具的安装孔中，与其他石墨模具进行组装，在真空自耗电极凝壳炉内进行熔炼浇注。

采用上述冒口进行钛合金产品石墨型工艺铸造，使用前后，铸件相同厚大部位处缩孔数量及大小见下表1所示：

表1

从表1可以看出，本专利中通过在铸件厚大部位安装有冒口，可以提高铸件厚大部位的补缩效果，消除铸件厚大部位80%缩孔，缩孔大小减少了90%，提高产品的质量，降低铸件后序精整成本。

还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (4)

1.一种钛合金铸造用冒口的制备方法，其特征在于：冒口包括冒口本体及开设在冒口本体内部的型腔，型腔的下端口与冒口本体的下端口相连通，型腔的内壁涂有惰性面层，包括以下制备步骤：

步骤一、利用制图软件设计冒口数模，根据数模设计制备冒口蜡模原样的压型模具和以冒口为模样的砂型模具；

步骤二、在压蜡机上压制冒口蜡模原样，进行修整待用；

步骤三、将冒口蜡模原样与砂型模具进行组合；

步骤四、制备冒口本体的物料，将莫来石粉和莫来石砂按照1:3～5的质量比进行称取混合，添加混合料总质量的8～15%的硅溶胶，将混合料和硅溶胶进行充分混合，得背层物料；

步骤五、制备冒口坯体，将混合好的背层物料填充到砂型模具中，并进行捣实，顶面抹平；

步骤六、将步骤五中的冒口坯体带模具置于室内22~28℃的条件下干燥5~10h，干燥后脱除砂型模具得到冒口坯体；

步骤七、将步骤六中的冒口坯体在焙烧炉内进行200～300℃的加热脱蜡，脱蜡时间20~30min；

步骤八、将步骤七处理过的冒口坯体再次置于焙烧炉内进行600～700℃的低温焙烧，保温时间30~40min，低温烧结后冒口坯体进行表面修整，待用；

步骤九、制备冒口的惰性面层涂料，将二醋酸锆和蒸馏水按照3.5～5:1的质量比进行混合制得惰性面层涂料的粘结剂，然后将氧化钇和粘结剂按照粉液质量比2～3.5:1进行混合制备惰性面层涂料；

步骤十、将惰性面层涂料灌入冒口坯体中，操作2~3次，保证形成不少于0.5mm的面层，并在冒口端面涂刷0.4~0.6mm的惰性面层涂料，在室内22~28℃的条件下进行20～30min的干燥；

步骤十一、干燥后冒口置于焙烧炉内进行不少于1000℃的高温烧结，焙烧后经过修正得到冒口成品。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用冒口的制备方法，其特征在于：冒口本体的横截面为圆形或矩形。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用冒口的制备方法，其特征在于：型腔的上端口的宽度大于型腔下端口的宽度。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金铸造用冒口的制备方法，其特征在于：型腔的顶面和型腔的侧面的连接处采用弧形过渡连接。

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