用于铸造钛和铝化钛合金的铸模组合物和方法技术

本公开主要涉及铸模组合物、模制方法和这样模制的制品。更具体地讲，本公开涉及用于铸造含钛制品的铸模组合物和方法，及这样模制的含钛制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本公开主要涉及铸模组合物、模制方法和这样模制的制品。更具体地讲，本公开涉及用于铸造含钛制品的铸模组合物和方法，及这样模制的含钛制品。【专利说明】背景 现代燃气轮机或燃气涡轮机必须对可靠性、重量、功率、经济和运行工作寿命满足最高要求。在这些涡轮机的研发中，其中材料选择、对新适合材料的研究和对新制造方法的研究等在符合标准和满足要求方面起着重要作用。用于燃气涡轮机的材料可包括钛合金、镍合金(也称为超合金)和高强度钢。对于飞机发动机，钛合金一般用于压缩机部件，镍合金适用于飞机发动机的热部件，高强度钢用于例如压缩机壳体和涡轮机壳体。高负荷或高应力燃气涡轮机组件，例如，用于压缩机的组件，一般为锻造部件。另一方面，用于涡轮机的组件，一般体现为熔模铸造部件。虽然熔模铸造不是新方法，但随着对更错综复杂部件的需求增加，熔模铸造市场不断扩大。由于对高品质精密铸件的极大需求，持续需要研发一种更快、有效、便宜和更高品质地制造熔模铸件的新方法。在铸造宝石和假牙业中使用的由熔融二氧化硅、方英石、石膏等组成的常规熔模铸造铸模化合物一般不适用于铸造反应性合金，例如钛合金。一个原因是由于在模制的钛和熔模铸造铸模之间有反应。需要不与钛和铝化钛合金显著反应的简单熔模铸造铸模。以前已采用以陶瓷壳模用于钛合金铸件的途径。在现有实例中，为了减少常规熔模铸造铸模化合物的限制，已研发数种另外的铸模材料。例如，研发了一种氧化-膨胀类型的熔模铸造化合物，其中用氧化镁或氧化锆作为主要组分，并将金属锆加到主要组分，以补偿由于铸造金属固化导致的收缩。因此，也需要一种简单可靠的熔模铸造方法，所述方法允许从不与金属或金属合金显著反应的熔模铸造铸模中容易地取出近终形(near-net-shape)金属或金属合金。概述 本公开的方面提供克服常规技术限制的铸模组合物、铸造方法和铸造制品。虽然本公开的一些方面可指向制造用于航空航天业的组件，例如发动机涡轮机叶片，但本公开的方面可用于制造任何工业中的任何组件，具体地讲，包含钛和/或钛合金的那些组件。本公开的一个方面是用于铸造含钛制品的铸模组合物，所述铸模组合物包含铝酸钙水泥，该铝酸钙水泥包含一铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石。在一个实施方案中，铸模组合物进一步包含氧化铝的中空颗粒。本公开的另一个方面为包含铝酸钙的含钛制品铸模组合物。例如，本公开的一个方面可独特地适于提供用于铸造含钛和/或含钛合金的制品或组件(例如，含钛涡轮机叶片)的铸模中使用的铸模组合物。在一个方面，铸模组合物可进一步包含氧化铝，例如外部尺寸小于约10000微米的氧化铝颗粒。在另一个实施方案中，氧化铝包含可具有约10微米至约10，000微米外部尺寸的颗粒。在一个实施方案中，铸模组合物中的氧化铝可占铸模组合物约0.5%重量至约80%重量。在另一个方面，氧化铝可占铸模组合物约40%重量至约60%重量。在另一个方面，氧化铝可占铸模组合物约40%重量至约68%重量。在另一个实施方案中，氧化铝为中空颗粒的形式，占氧化铝的约99%重量，并且可具有约10000微米或更小的外部尺寸。在一个实施方案中，铸模组合物中的铝酸钙可以铝酸钙水泥的形式提供，例如，作为包含一铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石的铝酸钙水泥。在一个方面，一铝酸钙的体积分数为0.05-0.95，二铝酸钙的体积分数为0.05-0.80，钙铝石的体积分数为0.01-0.30。在一个实施方案中，一铝酸钙的体积分数为约0.1至约0.8，二铝酸钙的体积分数为约0.1至约0.6，钙铝石的体积分数为约0.01至约0.2。在另一个实施方案中，铝酸钙水泥中一铝酸钙的体积分数大于约0.5，铝酸钙水泥中钙铝石的体积分数小于约0.15。在一个实施方案中，铝酸钙水泥具有约50微米或更小的粒径。在另一个实施方案中，铝酸钙水泥占铸模组合物的大于30%重量。在一个实施方案中，铸模组合物进一步包含氧化物颗粒，例如氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、氧化钙颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒和/或氧化硅颗粒或其组合。在另一个实施方案中，氧化物颗粒可为中空氧化物颗粒。在一个实施方案中，中空氧化物颗粒可以为中空矾土(即，氧化铝)球。在一个实施方案中，铸模组合物可进一步包含氧化钙。根据本公开的一个实施方案，铝酸钙水泥中的氧化钙可占铸模组合物大于约10%重量且小于约50%重量。例如，氧化钙可占铸模组合物大于约30%重量且小于约50%重量，或者氧化钙可占铸模组合物大于约25%重量且小于约35%重量。在一个实施方案中，铸模组合物可用于熔模铸造铸模，例如，本公开的方面可用于提供“近终形”组件(例如近终形含钛涡轮机叶片等)的铸模所用的熔模铸造铸模组合物。在一个实施方案中，提供熔模铸造铸模组合物用于铸造近终形铝化钛制品，例如近终形铝化钛涡轮机叶片。本公开的一个方面为形成用于铸造含钛制品的铸模的方法。该方法一般可包括:使铝酸钙与液体(例如，水)混合，以制备铝酸钙的液体浆料；将浆料引入包含短效模型(fugitive pattern)的模腔；和使衆料在模腔中固化以形成铸模，例如，用于铸造含钛制品的铸模。在一个实施方案中，方法可进一步包括在将浆料引入模腔之前向浆料中引入氧化物颗粒。形成的铸模可以是生坯铸模(green mold)，即，未固化的铸模，并且该方法可进一步包括烧制生坯铸模。在另一个实施方案中，形成的铸模可以是熔模铸造铸模，例如用于熔模铸造含钛制品。在Iv实施方案中，含钦制品包括招化钦制品，例如近终形招化钦制品，例如近终形铝化钛涡轮机叶片。另外，本公开的一个方面为从本文所述铸模组合物形成的铸模。即，在一个实施方案中，本公开涉及从包含铝酸钙水泥的铸模组合物形成的铸模。本公开的另一个方面涉及在iu述铸1吴中形成的含钦制品。在另Iv实施方案中，制品包括金属制品，例如，含钦金属制品。在Iv方面，制品包括铝化钛涡轮机叶片。在另一个实施方案中，制品包括在安装前很少需要或不需要去除材料的近终形铝化钛涡轮机叶片。本公开的一个方面涉及一种用于钛和钛合金的铸造方法，所述方法包括:得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物；将所述熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器；使所述熔模铸造铸模组合物固化；从铸模去除所述短效模型；将铸模预热到铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金倒入该经加热的铸模；使熔融的钛或钛合金固化，并形成固化的钛或钛合金铸件；和从铸模去除经固化的钛或钛合金铸件。在一个实施方案中，在从铸模去除所述短效模型和将铸模预热到铸模铸造温度之间，可首先将铸模加热到约450°C至约900°C的温度，然后冷却到室温。在一个实施方案中，固化步骤在低于约30°C的温度进行I小时至48小时。在另一个实施方案中，去除短效模型包括熔融、溶解、点燃、烘箱脱蜡、熔炉脱蜡、蒸汽高压釜脱蜡或微波脱蜡。在一个实施方案中，在从铸模去除经固化的铸件后，可通过X射线或中子射线照相法检查铸件。本公开的一个方面涉及通过本文所述铸造方法制造的钛或钛合金制品。S卩，在一个实施方案中，本公开涉及一种通过如下铸造方法制造的钛或钛合金，所述方法包括:得到包含铝酸钙和氧化铝的熔模铸造铸模组合物；将熔模铸造铸模组合物倒入包含短效模型的容器；使熔模铸造铸模组合物固化；从铸模去除短效模型；将铸模预热到铸模铸造温度；将熔融的钛或钛合金倒入经加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铸造含钛制品的铸模组合物，所述铸模组合物包含铝酸钙水泥，所述铝酸钙水泥包含一铝酸钙、二铝酸钙和钙铝石。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：BP布莱，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US