钛熔模精铸工艺.doc

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1、钛熔模精铸工艺字体大小：大

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3、小2009-04-1214:15-阅读：101-评论：0   随着钛合金熔模精铸技术钛合金铸件的广泛应用，对其质量和实用性要求越来越严，此外，成本的高低也是限制其应用前景的一个重要指标。石墨型虽成本低但铸件表面质量较差，同时不适于生产薄壁复杂件［4］，而用难熔金属面层或氧化钇面层陶瓷型壳可以浇注出高质量的钛铸件，但成本却很高［5，6］。为此研究了一种成本较低、适合于生产复杂薄壁件的用于钛合金氧化物陶瓷型熔模精铸的新型制壳工艺。    钛合金熔模精铸技术是为适应宇航工业的需要而发展起来的，已在宇航钛合金构件以及民用钛结构制造中得到广泛应用。实践证

4、明，钛合金熔模精铸技术已经成为几种近无余量成形工艺中取得成效最大的一种工艺［1～3］。1　实验材料及实验方法1.1　主要制壳材料　　模料：所选模料的性能如表1所示。蜡模主体采用专门用于铸钛的进口蜡料，浇口部分采用成本较低、性能也能达到要求的自制蜡料，分别压制成型后，焊合成蜡模组。表1　钛精铸用模料的性能Table1　Waxesusedformakingshells性能进口蜡料自制蜡料滴点/℃69～7170.5凝固点/℃58～5960～62线收缩／％1.30.4～0.6针入度／1/10mm12～1411赵氏硬度21.119抗拉强度/MPa3.692.91粘结剂润湿角/°89～9

5、279～82密度／g/mm30.91～0.940.95～1灰分／％＜0.010.05　　面层及邻面层浆料：耐火材料的主要成分为二氧化锆，尺寸为30μm以下。采用有机锆溶胶作为粘结剂，胶的尺寸与耐火材料相匹配，应为10～15nm。　　面层及邻面层撒砂：面层采用主要成分为二氧化锆砂，尺寸为150～300μm。为降低成本，邻面层采用主要成分为ZrO2．SiO2的锆英砂。结果表明，在铸件中未见到Si元素的扩散，所以采用锆英砂是可行的。　　背层制壳材料：采用硅溶胶作为粘结剂，采用莫莱石粉和砂作为耐火材料。1.2　制壳方法　　面浆的加料顺序依次为粘结剂、耐火材料粉、微量添加剂。微量添加剂

6、的作用是提高涂料的稳定性，提高与模料的润湿性等，并能防止干燥之后的面层遇水回溶，所选用的微添加剂为有机物质，能在高温焙烧过程中除去。面浆需在室温（约20℃）在空气中搅拌2h以上，后经1h的回性即可使用。　　邻面浆与面浆原料相同，制作过程也相同，只是浓度略小。背浆的加料顺序为粘结剂，耐火材料粉。背浆也需连续搅拌2h以上，经回性后方可使用。背层视铸件大小，一般需涂挂4～9层。　　干燥工艺：面层及邻面层的干燥时间均为24h，温度为20℃，相对湿度不小于60％，背层的干燥时间为不小于4h，其它条件与面层相同。　　脱蜡工艺：采用微波脱蜡，所用的设备为大内腔尺寸，1500W可调强度的微波

7、炉。　　焙烧工艺：经过脱蜡的型壳在不需气体保护的焙烧炉中焙烧。2　主要制壳工艺参数的优化选择　　在所有的制壳工艺参数中，对型壳质量并最终对铸件质量影响较大的有：面浆的成分，即粉液精铸比，脱蜡及焙烧工艺参数［7］，本研究针对实验室现有设备对上述参数进行了深入的研究并优化选择。2.1　粉液比对面层涂层厚度和悬浮率的影响　　粉液比对面层涂层厚度和涂料的悬浮率的影响见表2。结果表明面浆粉液比越大，面层涂料的厚度越大，涂料的悬浮性越好。一般认为如果面层涂料过薄（＜0.2mm）,则型壳表面将受到撒砂的影响，粗糙度提高。如果涂料过厚（＞0.6mm），则涂料流动性差，易堆积，在干燥或焙烧过程

8、中易精铸产生裂纹［7］，这一点在本研究中也得到了证实，因此在本研究中的粉液比应控制在5.0∶1～6.0∶1之间。表2　粉液比对涂料性能的影响Table2　Effectsofsolid/liquidratiosonthepropertiesofcoating粉液比4.0∶15.0∶15.5∶16.0∶1涂料层厚度/mm0.110.250.360.65涂料的悬浮率/%88.390.193.197.62.2　粉液比及型壳焙烧温度对室温及高温残余强度的影响　　粉液比对室温及高温残余强度的影响如图1所示。强度试样是由5层面浆与精铸面熔模精密铸造砂组成，每层干燥24h，连续涂挂，焙烧4h

9、。所测试的强度为抗弯强度。图1　粉液比对面层残余强度的影响Fig.1　EffectsofS/Lratiosontheremainflexuralofsurfacecoatsbakedatdifferenttemperatures　　结果表明，粉液比提高，型壳试样抗弯强度提高。焙烧温度提高，抗弯强度也随其提高。由于ZrO2在1100℃附近发生相变，所以在此温度附近强度提高不显著，但由于相变过程中，晶格排列不稳定，能量提高，活性提高，所以在实际生产中应避开这一焙烧温度。在经1200℃焙烧之后，高粉液比涂料(