[发明专利]石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造方法，特别是涉及一种石墨型-陶瓷芯钛合金铸造方法。

背景技术

随着航空航天、石油化工等行业的快速发展，对一些复杂三维变曲面小通径类钛合金铸件的需求越来越多。此类产品主要通过铸造来成型，目前钛合金铸造技术主要采用稀土陶瓷型熔模铸造、机加石墨型铸造等工艺。

针对复杂三维变曲面小通径类钛合金铸件成型，采用机加石墨型铸造工艺铸造，需要耗费大量的石墨来加工型芯，并且由于石墨自身的特性，石墨型芯不具备较高的尺寸精度和表面粗糙度，这样不但加大了铸件的材料成本，对于表面质量要求较高的铸件，增加了加工难度和加工成本，使铸件的生产周期加长，生产效率低下。采用稀土陶瓷型熔模精密铸造技术，虽然可以获得较高的铸件精度，较好的表面质量，但是对于复杂三维变曲面小通径钛合金铸件，很难保证铸件薄壁处的充型完整和内部质量合格，并且制作熔模的成本高、工序多、熔模易软化变形，脱蜡工艺复杂，蜡料损耗大，工作环境有污染等。因此，不管哪一种铸造工艺都存在模样制作复杂，生产成本高，工作条件差，劳动强度大，生产周期长，效率不高，环境有污染等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨型-陶瓷芯相结合的铸造工艺，利用石墨型的激冷作用和陶瓷芯的高表面质量和高尺寸精度，得到所需质量合格的复杂三维变曲面小通径类钛合金铸件。

采用的技术方案是：

石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法，包括下述工艺步骤：

一、制备陶瓷型芯：

1、原料选配：

原料由ZrO₂、CaO、Al₂O₃、SiO₂、蜂蜡、油酸、Y₂O₃混合制备成，其配料比以质量百分比计为：ZrO₂87.8-90％、CaO 3.5-4.5％、Al₂O₃0.3％、SiO₂≤0.3％、蜂蜡5-6％、油酸0.5-1％、余量为Y₂O₃。

2、陶瓷型芯成型：

陶瓷芯采用热压法成型，压注压力为2.7-4.0MPa、压注温度为100-150℃、压型预热至40-50℃、保压时间为10-30s。

3、将制备好的陶瓷型芯埋入盛有以工业Al₂O₃为填料的钵中，再将装有陶瓷型芯的钵放箱式电阻炉中焙烧。首先将陶瓷型芯加热到600℃，保温1-3h，然后将陶瓷型芯继续加热至1100-1300℃，保温6h，最后随炉冷却至室温出炉。

4、陶瓷型芯清理：

采用水洗和砂纸打磨方法将陶瓷型芯上的毛刺除去。

二、制备石墨型壳

按设计图纸要求通过机加工制成石墨型壳。

三、石墨型壳体和陶瓷型芯除气

1、石墨型壳除气工艺

将制备成的石墨型壳放入真空除气炉中，加热至800℃，保温3h，随炉冷却至室温，即得。

2、陶瓷型芯除气工艺

将制备成的陶瓷型芯放入真空除气炉中，加热至200℃，保温1h，随炉冷却至室温，即得。

四、组型

将经除气工艺处理后的陶瓷型芯和石墨型壳按照铸型组型图，组装成铸型。

五、熔炼和浇铸

自耗电极采用Ti-5Al-2.5SnELI合金锭制成，并将自耗电极放入真空自耗电极凝壳炉中，自耗电极与坩埚内壁的间隙为30-100mm，启动真空泵，抽至真空度≤10^-1Pa后，进行熔炼，电压38-40V，电流12000-18000A；冷却水压0.4MPa，坩埚进口水温19℃，坩埚出口水温38℃。然后采用钛合金离心浇铸工艺向铸型内浇铸钛合金液，离心转速为300转/分，既得。

本发明的优点：

针对复杂三维变曲面钛合金精密铸件，利用本工艺铸造出的钛合金铸件，提高了铸件尺寸精度、内部质量、表面质量，极大的降低了铸件的废品率，降低了铸件的铸造成本，缩短了铸件的生产周期。

具体实施方式

实施例一

石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法，包括下述工艺步骤：