CN1704188A - 稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术 - Google Patents

Abstract

稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，包括稀土耐火材料制作、型壳面层涂挂、型壳加固等工艺过程。稀土耐火材料制作是将稀土氧化物与稳定剂混合，在高温窑炉中煅烧，温度控制在1850℃，型壳面层涂挂是将稀土耐火材料和醋酸锆溶剂混合，配料比为3.4∶1。制成面层涂料，再将制成的蜡模浸入面层涂料内，工作环境温度为25℃，相对湿度为70％，面层涂料温度为20℃，面层粘度控制在22sec。型壳加固是将焙烧后的型壳放入工装中，工装与型壳间填入水玻璃砂并扎通气孔，然后干燥。采用本发明生产的钛精铸件表面污染层厚度≤0.05mm，表面粗糙度在6.3μm以下，线性公差在±0.005mm/mm以内，无高密度夹杂，适于较大面积壁厚1mm以下钛精铸件和结构复杂的钛精密铸件的批量生产，且成本低。

Description

稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术

(一)技术领域

本发明涉及一种精密铸造技术，特别是涉及一种稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术。

(二)背景技术

钛在钢、铁、铜和铝之后迅速崛起的新型工程金属材料，具有强度高、密度小、耐腐蚀、无磁性、生物相容性好等特点，越来越受到人们青睐。初期，主要用于军工领域，现在正逐步向民用领域扩展，且增长迅速。目前钛合金精密铸造主要采用石墨型壳钛合金熔模精密铸造技术和OW陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，已为军工、民用领域制造出多种簿壁、复杂的钛精铸件产品。但石墨型壳钛合金熔模精密铸造技术存在对铸件较严重污染和尺寸不易控制等问题，而OW陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术存在成本高，激冷作用较强，且容易造成高密度夹杂问题，表面粗造度≥6.3μm，铸件最小壁厚大于1.5mm，铸件表面污染层厚度在0.25mm左右。因此，钛合金精密铸造技术需进一步改进，以满足军工、民用钛合金产品在高质量、高性能和低成本方面的需要。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种铸件表面污染层≤0.05mm，铸件最小壁厚≤1.0mm，铸件表面粗糙度≤6.3μm，无高密度夹杂的稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术。

采用的技术方案是：

稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，包括按设定形体压制蜡模；依托蜡模制作稀土陶瓷型壳，型壳加固层涂挂，型壳脱蜡，稀土陶瓷型壳焙烧，钛或钛合金浇注，制成钛或钛合金精铸件。其技术要点是：

1、稀土耐火材料的制作。

稀土氧化物与稳定剂混制均匀，在高温窑炉中煅烧，煅烧温度控制在1730-1900℃，煅烧时间为20-24小时，并粉碎成细粉或颗粒(过40-60目筛)。稳定剂选用ZrO₂或CaO。稀土氧化物成分为Y₂O₃+ReO为75-90％，ZrO₂为6.5-20％，CaO为3.5-10％。

上述工艺过程是对稀土氧化物进行全稳定化处理，有效推移稀土氧化物材料相变温度，确保型壳在20-1200℃温度内组织稳定无相变，热膨胀系数在20-1000℃时为4.3-8.5(10^-6·℃^-1)。

2、蜡模压制

蜡模压制选用中温模料T-8.5或中温模料162。

蜡模的压制主要根据设计的模具内腔结构选择注蜡机型号及注蜡工艺参数(或陶瓷型芯注射机型号及工艺参数)进行注蜡，取出并修整，再进行模组组焊，清洗。工作环境温度控制在16-28℃，相对湿度控制在45-75％。

3、型壳面层涂挂

依托蜡模制作稀土陶瓷型壳。将制作好的稀土耐火材料(320#)放到醋酸锆溶液内混均，稀土耐火材料与醋酸锆溶剂配料比为3-4∶1，搅拌1-4小时即为可使用的面层涂料。工作环境温度控制在16-28℃，相对湿度控制在45-75％，面层涂料温度控制在9-230℃，面层涂料粘度控制在15-28sec，每隔15min测一次粘度和温度。蜡模洁净后浸面层涂料，浸面层涂料后喷淋面层耐火材料砂，自然干燥10-24h。

4、型壳临面层涂挂

混制临面层涂料(临面层涂料配制与面层涂料相同)，工作环境温度控制在16-30℃，相对湿度控制在45-85％，临面层涂料温度控制在12-25℃，临面层涂料粘度控制在10-18sec，涂料混制时间0.8-2.5h，每隔20min测一次粘度和温度，经面层涂挂后的型壳进行浸涂料后，喷淋面层耐火材料砂，自然干燥10-24h，其中含有绝热保温材料Y₂O₃空心微珠20-45％，由于其良好的绝热作用，确保薄壁、复杂钛铸件的完好成型。

5、型壳加固层涂挂

加固层层涂料采用硅酸乙酯水解液铝矾土工艺，加固层使用煤矸石砂。按工艺要求混制加固层涂料(为已知技术)，工作环境温度控制在14-28℃，相对湿度控制在35-55％，加固层涂料温度控制在9-25℃，加固层涂料粘度控制在8-23sec，涂料混制时间0.5-1.0h，每隔10min测一次粘度和温度。型壳加固层涂挂5-15层，加固层第5层以后采用氨干快速干燥工艺。

                         制壳工艺参数

层次	面层	临面层	加固层
				涂料撒砂干燥时间(h)温度(℃)相对湿度(％)	稀土浆料稀土砂10-249-2345-75	稀土浆料稀土砂10-2412-2545-85	硅酸乙酯浆料煤矸石砂24(自然干)/2(氨干)9-2535-55

6、型壳脱蜡

型壳脱蜡采用红外脱蜡釜或者溶剂脱蜡工艺。溶剂可选用氯乙烯。

7、型壳焙烧

在箱式电阻炉中进行。焙烧最后温度控制在900-1200℃，保温2-4h，炉冷到100-350℃出炉备用。

8、型壳加固与浇注

焙烧后的型壳进行加固处理。型壳加固采用整体加固技术和工装相结合工艺，具体方法是：

将焙烧后的型壳放入工装中，在型壳与工装之间填入水玻璃砂并扎多个通气孔，然后放入红外干燥箱中200-380℃干燥2-4h。

加固后的型壳在真空自耗凝壳炉中，采用离心工艺(250-400rpm)进行浇注。浇注出的铸件最小壁厚≤1.0mm，铸件表面污染层厚度≤0.05mm，铸件表面粗糙度≤6.3μm。

9、铸件后处理

切除浇冒，打磨、外焊、热处理。

本发明的稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，所涉及的主要设备有：

高温窑炉，注蜡机，搅拌器，脱蜡釜，箱式电阻炉，干燥箱，真空自耗凝壳炉等。

采用本发明的稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，不仅可满足军工产品对钛合金精铸件的质量要求，而且可用以生产高质量的钛合金精铸件民用产品，如飞机内饰件、马镫、汽车刹车盘、摩托车部件、体育用品，以及机械、化工、冶金、制药等领域的钛合金精铸件产品等。

采用本发明生产的钛精铸件表面污染层厚度≤0.05mm，表面粗糙度在6.3μm以下，线性公差在±0.005mm/mm以内，且无高密度夹杂，适于较大面积壁厚1mm以下钛精铸件和结构复杂的钛精密铸件的生产，可大大地提高钛合金精铸件产品的质量和性能。本发明的另一优点是成本低，适于批量生产钛合金精铸件。

(四)具体实施方式

实施例一

稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，包括按设定形体压制蜡模；依托蜡模制作稀土陶瓷型壳，型壳加固层涂挂，型壳脱蜡，稀土陶瓷型壳焙烧，钛或钛合金浇注，制成钛或钛合金精铸件。其技术要点是：

1、稀土耐火材料的制作。

稀土氧化物与稳定剂混制均匀，在高温窑炉中煅烧，煅烧温度控制在1850℃，煅烧时间为24小时，并粉碎成细粉。稳定剂选用ZrO₂或CaO。稀土氧化物成分为Y₂O₃+ReO为90％，ZrO₂为6.5％，CaO为3.5％。

2、蜡模压制

蜡模压制选用中温模料T-8.5。

蜡模的压制主要根据设计的模具内腔结构选择注蜡机型号及注蜡工艺参数(或陶瓷型芯注射机型号及工艺参数)进行注蜡，取出并修整，再进行模组组焊，清洗。工作环境温度控制在23℃，相对湿度控制在65％。

3、型壳面层涂挂

依托蜡模制作稀土陶瓷型壳。将制作好的稀土耐火材料(320#)放到醋酸锆溶液内混均，稀土耐火材料与醋酸锆溶剂配料比为3.4∶1，搅拌2.5小时即为可使用的面层涂料。工作环境温度控制在25℃，相对湿度控制在70％，面层涂料温度控制在20℃，面层涂料粘度控制在22sec，每隔15min测一次粘度和温度。蜡模洁净后浸面层涂料，浸面层涂料后喷淋面层耐火材料砂，自然干燥18h。

4、型壳临面层涂持

混制临面层涂料(临面层涂料配制为已知技术)，工作环境温度控制在22℃，相对湿度控制在75％，临面层涂料温度控制在22℃，临面层涂料粘度控制在14sec，涂料混制时间2h，每隔20min测一次粘度和温度，经面层涂挂后的型壳进行浸涂料后，喷淋面层耐火材料砂，自然干燥15h，绝热保温材料Y₂O₃空心微珠35％，由于其良好的绝热作用，确保薄壁、复杂钛铸件的完好成型。

5、型壳加固层涂挂

加固层层涂料采用硅酸乙酯水解液铝矾土工艺，加固层使用煤矸石砂。按工艺要求混制加固层涂料，(为已知技术)，工作环境温度控制在24℃，相对湿度控制在50％，加固层涂料温度控制在24℃，加固层涂料粘度控制在18sec，涂料混制时间0.8h，每隔10min测一次粘度和温度。型壳加固层涂挂5-15层，加固层第5层以后采用氨干快速干燥工艺。

6、型壳脱蜡

型壳脱蜡采用红外脱蜡釜或者溶剂脱蜡工艺。溶剂可选用氯乙烯。

7、型壳焙烧

在箱式电阻炉中进行。焙烧最后温度控制在930℃，保温2.5h，炉冷到100℃出炉备用。

8、型壳加固与浇注

焙烧后的型壳进行加固处理。型壳加固采用整体加固技术和工装相结合工艺，具体方法是：

将焙烧后的型壳放入工装中，在型壳与工装之间填入水玻璃砂并扎多个通气孔，然后放入红外干燥箱中280℃干燥3h。

加固后的型壳在真空自耗凝壳炉中，采用离心工艺(250-400rpm)进行浇注。浇注出的铸件最小壁厚≤1.0mm，铸件表面污染层厚度≤0.05mm，铸件表面粗糙度≤6.3μm。

9、铸件后处理

切除浇冒系统，打磨、补焊、热处理。

实施例二

实施例二与实施例一基本相同，其不同之处是在所述的稀土耐火材料的制作工艺过程中，煅烧温度控制在1730℃，煅烧时间控制在20h，稀土氧化物成分为Y₂O₃+ReO为75％，ZrO₂为20％，CaO为5％；所述的蜡模压制工艺过程中工作环境温度控制在16℃，相对湿度控制在45％；所述的型壳面层涂挂工艺过程中工作环境温度控制在16℃，相对湿度控制在45％，而层涂料温度控制在9℃，面层涂料粘度控制在15sec，自然干燥时间为10h；所述的型壳临面层涂挂工作过程中，工作环境温度控制在16℃，相对湿度控制在45％，临面涂料温度控制在12℃，临面层涂料粘度控制在10sec，涂料混制时间为0.8h，型壳临面层材料中加入Y₂O₃微珠20％，自然干燥时间为10h；所述的型壳加固层涂挂工艺过程中，工作环境温度控制在14℃，相对湿度控制在35％，加固层涂料湿度控制在9℃，加固层涂料粘度控制在8sec，涂料混制时间0.5h；所述的型壳焙烧工艺过程中，焙烧最后温度控制在900℃，保温2h，炉冷到100℃出炉；所述的型壳加固工艺过程中，干燥温度为200℃，干燥2h。

实施例三

实施例二与实施例一基本相同，其不同之处是在所述的稀土耐火材料的制作工艺过程中，煅烧温度控制在1900℃，煅烧时间控制在22h，稀土氧化物成分为Y₂O₃+ReO为75％，ZrO₂为15％，CaO为10％；所述的蜡模压制工艺过程中工作环境温度控制在28℃，相对湿度控制在75％；所述的型壳面层涂挂工艺过程中工作环境温度控制在28℃，相对湿度控制在75％，而层涂料温度控制在23℃，面层涂料粘度控制在28sec，自然干燥时间为24h；所述的型壳临面层涂挂工作过程中，工作环境温度控制在30℃，相对湿度控制在85％，临面涂料温度控制在25℃，临面层涂料粘度控制在18sec，涂料混制时间为2.5h，型壳临面层材料中加入Y₂O₃微珠45％，自然干燥时间为24h；所述的型壳加固层涂挂工艺过程中，工作环境温度控制在28℃，相对湿度控制在55％，加固层涂料湿度控制在25℃，加固层涂料粘度控制在23sec，涂料混制时间1.0h；所述的型壳焙烧工艺过程中，焙烧最后温度控制在1200℃，保温4h，炉冷到350℃出炉；所述的型壳加固工艺过程中，干燥温度为380℃，干燥4h。

Claims (4)

1、稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，包括稀土耐火材料制作、蜡模压制、型壳面层涂挂、型壳临面层涂挂、型壳加固层涂挂、型壳脱蜡、型壳焙烧、型壳加固与浇注，铸件后处理工艺过程，其特征在于：

A、所述的稀土耐火材料制作，是将稀土氧化物与稳定剂混合均匀，在高温窑炉中煅烧，煅烧温度控制在1730-1900℃，煅烧时间为20-24小时，并粉碎成细粉；

B、所述的型壳面层涂挂，包括制备型壳面层涂料和型壳涂挂；型壳面层涂料由稀土耐火材料和醋酸锆溶剂混合制备成，配料比为3-4∶1，搅拌1-4小时，工作环境温度控制在16-28℃，相对湿度控制在45-75％，面层涂料温度控制在9-23℃，面层涂料粘度控制在15-28sec，每隔15min测一次粘度和温度，将制成的蜡模清洗后浸入上述制备好的面层涂料中，浸涂料后喷淋面层耐火材料砂，自然干燥10-24小时；

C、所述的型壳加固是将焙烧后的型壳放入工装中，在型壳与工装之间填入水玻璃砂并扎通气孔，然后放入红外干燥箱中，在200-380℃温度下干燥2-4h。

2、根据权利要求1所述的稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，其特征在于所述的稀土氧化物成份为Y₂O₃+ReO为75——90％，ZrO₂为6.5-20％，CaO为3.5-10％，所述的稳定剂选用ZrO₂或CaO。

3、根据权利要求1所述的稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，其特征是稀土耐火材料制作中，煅烧温度控制在1850℃。

4、根据权利要求1所述的稀土陶瓷型壳钛合金熔模精密铸造技术，其特征在于所述的制备型壳面层涂料中，工作环境温度控制在25℃，相对湿度控制在70％，面层涂料温度控制在20℃，面层涂料粘度控制在22sec，涂料混制时间控制在2.5h，自然干燥18h。