專利名稱：一種精密鑄造鈦合金的方法
技術領域：
本發明涉及鑄造成型領域，特別涉及精密鑄造鈦合金領域。
背景技術：
由于高溫鈦合金具有較高的使用溫度、高溫強度、較好的抗氧化性能、抗蠕變性能、抗疲勞性能等，在飛機發動機和火箭推進系統所用的新一代高溫結構材料中以明顯的優勢而備受航空航天界材料工作者們的重視，已成為新一代高溫結構材料的研究方向和發展趨勢之一。隨著航空工業的進一步發展，鈦合金在飛機上的使用將越來越多。多用于制造航空發動機中要求強度高與耐熱性好的重要零部件和飛機機體結構件。美國大型復雜的發動機中間機匣式風扇框架已經采用Ti-6242高溫鈦合金精鑄件，就是采用精密鑄造方法制備的，但是該Ti-6242高溫鈦合金精鑄件的工作溫度僅為 450°C左右，工作溫度低。美國Howmet公司與波音公司對550°C以上使用的高溫鈦合金的鑄造性能進行了系統的評價，認為采用合適的陶瓷型殼，并經過熱處理和熱等靜壓處理獲得的精鑄件的力學性能有望接近于Ti-6A1-4V合金，現已開始進行發動機鑄件的應用研究， 例如該方法制備的成分為Ti-6-2-4-2的高溫鈦合金鑄件，雖然性能比較高，但是該高溫鈦合金的最高使用溫度僅為450°C Ji-Al-Sn-Zr-Mo-Si系的高溫鈦合金可以在550°C -600°C 條件下使用，但是該合金系目前多以鑄錠、板材、鍛件的形式應用，特別是以鍛造為主。對于形狀復雜的零件，存在設計周期長，成本高，難以成形的問題。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種精密鑄造鈦合金的制備方法，解決現有技術制備工藝復雜、很難得到形狀復雜的高溫鈦合金零件的問題，以及解決現有技術制備的高溫鈦合金的使用溫度偏低的問題。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種精密鑄造鈦合金的方法，步驟如下1)制備蠟模利用計算機對高溫鈦合金鑄件三維成形設計，將設計文件導入快速成型機制造零件蠟模，制備澆注系統，將蠟模與澆注系統粘接；2)涂掛模殼在蠟模上涂掛粒度為200-400目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為 2 1 3 1配置成流杯粘度為10-25秒的料漿；撒砂粒度為40-100目的電熔莫來石砂， 干燥，制備面層；再采用200-400目的醋酸鋯粉與硅溶膠按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度為10-30秒的料漿，涂掛第2層，撒40-80目粒度的電熔莫來石砂，干燥；再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為3 1 4 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為16-24目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂第4-6層，最后涂掛一次上述制備的鋁礬土料漿，干燥；3)脫蠟利用微波加熱快速脫蠟；4)熔煉澆注將高溫鈦合金制備成自耗電極，在真空自耗爐中熔煉；然后將在真空條件下其澆注到步驟幻脫蠟后的模殼中；冷卻到室溫后得鑄件；
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5)熱等靜壓處理在熱等靜壓溫度為1160-1180°C、熱等靜壓力為100_120MPa，保壓時間為0. 5-4小時即可。其中步驟4)所述高溫鈦合金包括Ti-1100、IMI834、T36、Ti60、Ti_6Al_4V以及 Ti-6242 等。其中所述步驟2~)中，料漿制備過程中添加潤濕劑、消泡劑，其中潤濕劑占料漿的重量百分比為1_5%，消泡劑占料漿的重量百分比1_5%，在攪拌狀態下加入氮化硼粉，之后依次加入潤濕劑、消泡劑，攪拌10小時以上，方可涂料；所述潤濕劑為聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡潤濕分散劑RFCF-10或辛基酚聚氧乙烯醚；所述消泡劑為異丙醇、硅樹脂或正戌所述步驟4)，蠟模組浸入粘度杯粘度為10-30秒的氮化硼料漿中3-8秒，保證料漿均勻掛在蠟模上，撒砂粒度為40-100目的電熔莫來石砂砂，在溫度為30-35°C，濕度 30-70%的環境中干燥6小時，形成面層；所述步驟4)中，涂掛第2層后在溫度為30_35°C，濕度30-60%的環境中干燥8小時；所述步驟4)中，第3-6層每層均在溫度為30_35°C，濕度30-60%的環境中干燥10 小時；最后一層涂掛鋁礬土料漿，在溫度為30-35°C，濕度30-60%的環境中干燥10小時；本發明的有益效果為1、本發明集先進的快速原型制備蠟模技術、微波脫蠟技術及熱等靜壓技術于一體，充分發揮這些先進技術的優勢，實現了 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高溫鈦合金的精密鑄造， 可以制備形狀復雜的零件，并且保證了鑄造的尺寸精度，以及優異的高溫鈦合金性能。2.本發明采用穩定性好的氮化硼作為殼型的面層材料，控制鈦合金的進氧量。氮化硼是一種化學性質非常穩定的耐火物質，氮化硼陶瓷模殼與鈦及鈦合金反應程度小，形成α粘污層厚度小。氮化硼穩定的化學性質，其在水、酸、堿中都不發生化學反應，所以含有氮化硼的涂料穩定且不凝膠。3、本發明采用的粘結劑是傳統的硅溶膠，該溶膠的SW2重量百分比在20-30 %，該溶膠性能穩定，可放置半年到幾年性能不變，粘度為10-30s，膠粒內部的Si-O-Si鍵形成立體網絡結構，而膠體粒子與水接觸界面則形成Si-OH水化膜，將耐火材料顆粒粘結在一起， 形成具有一定強度的模殼，成本低廉。4.本發明制備工藝簡單，材料利用率高，成本低。
具體實施例方式實施例一一種精密鑄造Ti60高溫鈦合金零件的方法，步驟如下1)制備蠟模利用計算機對高溫鈦合金鑄件三維成形設計，將設計文件導入快速成型機制造零件蠟模，制備澆注系統，將蠟模與澆注系統粘接；2)涂掛模殼將粒度為200目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為3 1配置，添加潤濕劑、消泡劑，其中潤濕劑占料漿的重量百分比為3%。，消泡劑占料漿的重量百分比為3%。， 在攪拌狀態下加入氮化硼粉，之后依次加入潤濕劑、消泡劑，攪拌10小時，配成流杯粘度為 16秒的料漿；本實施例中，潤濕劑為聚氧乙烯烷基苯酚醚，消泡劑為異丙醇。將蠟模組浸入上述氮化硼料漿中6秒，保證料漿均勻掛在蠟模上，撒砂粒度為80目的電熔莫來石砂，溫度為30°C，濕度50%的環境中干燥6小時，形成面層；采用320目的醋酸鋯粉與硅溶膠按重量比3 1配置成流杯粘度為18秒的料漿，涂掛第2層，撒80目粒度的電熔莫來石砂，在溫度為30°C，濕度50%的環境中干燥8小時；再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為3 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為20目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂第3-6層，每層都在溫度為30°C， 濕度50%的環境中干燥10小時；最后一層涂掛鋁礬土料漿，在溫度為30°C，濕度50%的環境中干燥10小時；3)脫蠟利用微波加熱快速脫蠟；4)熔煉澆注將高溫鈦合金Ti60制備成自耗電極，在真空自耗爐中熔煉，所述 Τ 60 的成分為 Ti-5. 8A1-4. 8Sn_2. 0Zr_l. OMo-O. 135Si_0. 85Nd ；然后將在真空條件下其澆注到步驟幻脫蠟后的模殼中；冷卻到室溫后得鑄件；5)熱等靜壓處理在熱等靜壓溫度為1160°C、熱等靜壓力為120MPa，保壓時間為3 小時即可。采用上述方法制備的Ti60零件可在580-610°C的環境下工作實施例二一種精密鑄造Ti-IlOO高溫鈦合金零件的方法，步驟如下1)制備蠟模利用計算機對高溫鈦合金鑄件三維成形設計，將設計文件導入快速成型機制造零件蠟模，制備澆注系統，將蠟模與澆注系統粘接；2)涂掛模殼將粒度為320目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為2. 5 1配置，添加潤濕劑、消泡劑，其中潤濕劑占料漿的重量百分比為3%，消泡劑占料漿的重量百分比為 3%。，在攪拌狀態下加入氮化硼粉，之后依次加入潤濕劑、消泡劑，攪拌10小時，配成流杯粘度為13秒的料漿；本實施例中，潤濕劑為聚氧乙烯烷基苯酚醚，消泡劑為異丙醇。將蠟模組浸入上述氮化硼料漿中6秒，保證料漿均勻掛在蠟模上，撒砂粒度為100目的電熔莫來石砂，溫度為35°C，濕度40%的環境中干燥6小時，形成面層；采用320目的醋酸鋯粉與硅溶膠按重量比3.5 1配置成流杯粘度為20秒的料漿，涂掛第2層，撒80目粒度的電熔莫來石砂，在溫度為35°C，濕度40%的環境中干燥8小時；再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為 3.5 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為M目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂第3-6層，每層都在溫度為35°C，濕度40%的環境中干燥10小時，形成加固層；最后一層涂掛鋁礬土料漿，在溫度為35°C，濕度40%的環境中干燥10小時；3)脫蠟利用微波加熱快速脫蠟；4)熔煉澆注將高溫鈦合金Ti-IlOO制備成自耗電極，在真空自耗爐中熔煉，所述 Ti-IlOO的成分為Ti-6Al-2. 75Sn-4Zr-0. 4Mo-0. 45Si ；然后將在真空條件下其澆注到步驟 3)脫蠟后的模殼中；冷卻到室溫后得鑄件；5)熱等靜壓處理在熱等靜壓溫度為1180°C、熱等靜壓力為lOOMPa，保壓時間為4 小時即可。采用上述方法制備的Ti-IlOO零件可在570_600°C下工作申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程， 但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，
5對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。
權利要求
1.一種精密鑄造鈦合金的方法，步驟如下1)制備蠟模利用計算機對高溫鈦合金鑄件三維成形設計，將設計文件導入快速成型機制造零件蠟模，制備澆注系統，將蠟模與澆注系統粘接；2)涂掛模殼在蠟模上涂掛粒度為200-400目的氮化硼粉與硅溶膠按重量比為 2 1 3 1配置成流杯粘度為10-25秒的料漿；撒砂粒度為40-100目的電熔莫來石砂， 干燥，制備面層；再采用200-400目的醋酸鋯粉與硅溶膠按重量比3 1 4 1配置成流杯粘度為10-30秒的料漿，涂掛第2層，撒40-80目粒度的電熔莫來石砂，干燥；再采用鋁礬土與硅溶膠按重量比為3 1 4 1配置鋁礬土料漿和撒砂粒度為16-24目的煤矸石砂依次涂掛和撒砂第4-6層，最后涂掛一次上述制備的鋁礬土料漿，干燥；3)脫蠟利用微波加熱快速脫蠟；4)熔煉澆注將高溫鈦合金制備成自耗電極，在真空自耗爐中熔煉；然后將在真空條件下其澆注到步驟幻脫蠟后的模殼中；冷卻到室溫后得鑄件；5)熱等靜壓處理在熱等靜壓溫度為1160-1180°C、熱等靜壓力為100-120MPa，保壓時間為0. 5-4小時即可。
2.如權利要求1所述的方法，其中步驟4)所述高溫鈦合金包括Ti-1100、IMI834、T36、 Ti60、Ti-6A1-4V 以及 Ti-6242。
全文摘要
本發明公開了一種精密鑄造鈦合金的方法，該方法包括制備快速原型制備蠟模、涂掛模殼、微波脫蠟，熔煉澆注、熱等靜壓等五個步驟；本發明集先進的快速原型制備蠟模技術、微波脫蠟技術及熱等靜壓技術于一體，充分發揮這些先進技術的優勢，實現了Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高溫鈦合金的精密鑄造，可以制備形狀復雜的零件，并且保證了鑄造的尺寸精度，以及優異的高溫鈦合金性能。
文檔編號B22C9/04GK102366819SQ20111030630
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者劉群聯 申請人:劉群聯