一种钛合金铸件的制备方法技术

一种钛合金铸件的制备方法，包括以下步骤：（1）模组制备：直接机加工制备与铸件相适配的铸件模样及浇注系统模样，组合获得模组；（2）表面处理：将模组清洗后浸蜡获得表面覆盖蜡层的模组；（3）型壳制备：对步骤（2）获得的模组依次制作面层和加固层，经焙烧后水洗、烘干获得用于浇注的型壳；（4）浇注成型：向步骤（3）获得的型壳内浇注钛合金溶液，经脱壳处理后制得钛合金铸件。本发明专利技术通过合理设计工艺方案及控制参数，获得内部质量及外观质量优异的钛合金铸件产品，对于单件、小批量生产的钛合金铸件，可显著降低生产成本。显著降低生产成本。显著降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金铸件的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料成型
，具体涉及一种钛合金铸件的制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有比强度高、耐腐蚀、密度小、无磁、生物相容性好等优势，是一种理想的结构和功能金属材料，可显著降低装备重量，提高装备寿命及性能，广泛应用于航空航天、石油化工、舰船、海洋工程等领域。与锻造机加工等其它成型工艺相比，钛合金铸件能够生产各种形状复杂构件，减少生产工序，提高金属利用率，优势显著。但受钛合金铸件制备难度大、生产流程长、模具及铸型材料昂贵、工艺复杂等因素影响，钛合金铸件价格比铸钢件高10~50倍或以上，限制进一步推广应用，年生产量不足千吨，导致市场规模仍然较小。
[0003]钛的高化学活性使其浇注时与铸型材料极易发生激烈化学反应，产生铸造缺陷，因此普遍采用惰性材料等作为铸型材料。目前，钛合金铸件生产主要采用机加工石墨型和熔模精密铸造两种传统铸造工艺，均存在成本高、周期长问题。机加工石墨型铸造工艺，需采用价格昂贵的高纯石墨作为铸型材料，石墨用量大，铸型加工及组型工序复杂、周期长，且由于石墨激冷作用，导致铸件表面留痕、冷隔缺陷严重，而熔模精密铸造工艺，需要首先制作射蜡金属模具，金属模具制备成本高、加工周期长，对于单件或小批量生产的钛合金铸件，生产成本高、经济效益差，因此，迫切需要降低钛合金铸件生产成本的新工艺。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种钛合金铸件的制备方法，该方法通过合理设计工艺方案及控制参数，获得内部质量及外观质量优异的钛合金铸件产品，对于单件、小批量生产的钛合金铸件，可显著降低生产成本。
[0005]本专利技术为了达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种钛合金铸件的制备方法，包括以下步骤：（1）模组制备：直接机加工制备出与铸件相适配的铸件模样及浇注系统模样，组合获得模组；（2）表面处理：将模组清洗后浸蜡以降低步骤（1）中机加工所产生的粗糙度，获得表面覆盖蜡层的模组；（3）型壳制备：对步骤（2）获得的模组依次制作面层和加固层，经焙烧后水洗、烘干获得用于浇注的型壳；（4）浇注成型：向步骤（3）获得的型壳内浇注钛合金溶液，经脱壳处理后制得钛合金铸件。
[0006]进一步地，步骤（1）中使用粘结剂将铸件模样与浇注系模样进行组合。
[0007]进一步地，步骤（2）表面处理的具体过程为：将模组采用清洗剂清洗后风干备用，将低温蜡升温至50
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90℃，加入10%
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30%重量百分比的硬脂酸混合均匀，将风干备用的模组浸蜡后用热风机轻吹表面即得表面覆盖蜡层的模组。
[0008]进一步地，步骤（3）中面层的制作过程为：将氧化钇粉、消泡剂加入中性胶中进行搅拌配制得到面层浆料，将步骤（2）获得的模组浸面层浆料后撒砂制得具有面层的模组。
[0009]进一步地，所述面层浆料的粘度值为33
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38S。
[0010]进一步地，步骤（3）中加固层的制作过程为：将莫来粉加入硅溶胶中配制得到加固层浆料，将制作有面层的模组浸加固层浆料后撒砂制得具有加固层的模组。
[0011]进一步地，重复多道次所述加固层的制作过程获得具有多层加固层的模组。
[0012]进一步地，第一道次和第二道次的加固层制作过程中，加固层浆料的粘度值为21
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27S，剩余道次的加固层制作过程中，加固层浆料的粘度值为13
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20S。
[0013]进一步地，步骤（3）中焙烧的具体过程为：先将模组升温至300
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400℃，通风并保温0.5
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1h，再升温至1000
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1100℃，保温5
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6h，最后冷却至室温。
[0014]进一步地，步骤（4）中采用真空自耗炉进行浇注。
[0015]本专利技术的有益效果：1.生产周期短、成本低：本专利技术的制备方法直接根据铸件形状尺寸特征对材料进行直接机加工制备模样，对于单件、小批量生产的钛合金铸件，与机加工石墨型和熔模精密铸造两种传统铸造工艺相比，节省了石墨铸型和射蜡金属模具设计、加工时间和费用，可大幅缩短生产周期，并降低生产成本。
[0016]2.设计灵活、操作简单：由于采用直接机加工的方法制备模组，不受石墨铸型及金属射蜡模具分型限制，模组可由不同模块模样加工后直接粘结而成，因此，铸件设计灵活、设计自由度大，且模组及铸件制备操作简单。
[0017]3.铸件内外部质量好：由于模组采用机加工直接进行处理，加工后模组表面存在加工痕迹，使得铸件表面产生较高的粗糙度，本专利技术通过优化浸蜡配方、温度及方法，在模组表面形成一层致密、光洁的浸蜡层，大幅改善了机加工原因造成的铸件表面粗糙度，此外，通过优化型壳制备过程中面层及加固层浆料的粘度值，采用合理的焙烧工艺及型壳水洗方法，避免了型壳制备过程中涨壳、掉料及模组焙烧灰分残留问题，从而显著改善了铸件内部夹杂质量问题。
[0018]4.本专利技术采用阶梯焙烧工艺，利用消失模气化时的膨胀系数与模壳的受热相变及胶凝时的膨胀系数不一样，在第一阶段，达到消失模的气化温度时，通风让消失模充分的氧化气化，消失模氧化气化后，继续升温，使模壳材料相继达到相变的温度，进行相变胶凝，提高强度，可进一步避免型壳在焙烧过程中出现胀壳、壳裂等问题。
[0019]附图说明：图1为实施例1所要制备得到的钛合金铸件的结构示意图；图2为实施例1制备得到的钛合金铸件的实物示意图；图3为对比例1
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1制备得到的钛合金铸件的实物示意图；图4为实施例2所要制备得到的钛合金铸件的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。
[0021]实施例1：制备ZTC4材质的钛合金铸件，如图1所示，铸件的直径为Φ238mm，高度52mm，制备
数量为1件。
[0022]一种钛合金铸件的制备方法，包括以下步骤：(1)模组制备：采用可机加工材料，例如蜡，根据待生产铸件图纸，直接机加工出钛合金铸件模样1件、浇注系统模样1件，模样加工完毕后，使用粘结剂将铸件与浇注系统模样进行组合，获得模组，其中粘结剂使用普通市售的粘结剂即可。
[0023](2)表面处理：将模组在清洗剂中进行清洗后进行风干，获得表面洁净的模组；将低温蜡置于蜡缸中，蜡温升至50
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90℃使低温蜡融化，加入10
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30%重量百分比的的硬脂酸混合均匀，需要说明的是该重量百分比指的是硬脂酸占低温蜡的质量百分比，即以重量份数计，若使用100份低温蜡，则加入10
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30份的硬脂酸，以调整蜡液的流动性，改善浸蜡层厚度、表面粗糙度及质量；然后将模组放入蜡缸浸蜡，浸蜡完成后，使用热风机轻吹表面，获得表面覆盖蜡层的模组。
[0024](3)型壳制备：第一步：面层的制作，将氧化钇粉、消泡剂加入中性胶中进行搅拌配制面层浆料，面层浆料的粘度值为33
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金铸件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）模组制备：直接机加工制备出与铸件相适配的铸件模样及浇注系统模样，组合获得模组；（2）表面处理：将模组清洗后浸蜡以降低步骤（1）中机加工所产生的粗糙度，获得表面覆盖蜡层的模组；（3）型壳制备：对步骤（2）获得的模组依次制作面层和加固层，经焙烧后水洗、烘干获得用于浇注的型壳；（4）浇注成型：向步骤（3）获得的型壳内浇注钛合金溶液，经脱壳处理后制得钛合金铸件。2.如权利要求1所述的一种钛合金铸件的制备工艺方法，其特征在于，步骤（1）中使用粘结剂将铸件模样与浇注系模样进行组合。3.如权利要求1所述的一种钛合金铸件的制备工艺方法，其特征在于，步骤（2）表面处理的具体过程为：将模组采用清洗剂清洗后风干备用，将低温蜡升温至50
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90℃，加入10%
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30%重量百分比的硬脂酸混合均匀，将风干备用的模组浸蜡后用热风机轻吹表面即得表面覆盖蜡层的模组。4.如权利要求1所述的一种钛合金铸件的制备工艺方法，其特征在于，步骤（3）中面层的制作过程为：将氧化钇粉、消泡剂加入中性胶中进行搅拌配制得到面层浆料，将步骤（2）获得的模组浸面层浆料后撒砂制得具有面层的模组。5.如权利要求4所述的一种钛合金铸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李渤渤，程亚珍，杨光，乔海滨，刘茵琪，李维廷，
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：