铸模及其制造方法以及TiAl合金铸造产品及其铸造方法技术

铸造TiAl合金的铸模(10)具备以有底的方式形成且具有用于浇注TiAl合金熔融液的模腔(12)的铸模本体(14)；铸模本体(14)具有耐反应性层(16)以及形成于耐反应性层(16)上的支持层(18)，所述耐反应性层(16)设置于模腔侧且由包含氧化铈、氧化钇和氧化锆中的至少一种的耐火材料形成，并抑制与TiAl合金熔融液的反应，支持层(18)具有使铸模强度降低的弱化层(18a)以及保持铸模形状的保形层(18b)，所述弱化层(18a)由含有二氧化硅材料80质量%以上100质量%以下的耐火材料形成，所述二氧化硅材料包含26质量%以上34质量%以下的方英石且余部由熔融二氧化硅构成，所述保形层(18b)由耐火材料形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及铸模及其制造方法以及TiAl合金铸造产品及其铸造方法，特别是，涉及铸造TiAl(钛铝)合金的铸模及其制造方法以及TiAl合金铸造产品及其铸造方法。
技术介绍
作为钛和铝的金属间化合物的TiAl合金，由于其高温区域的比强度等优异，因此应用于喷气引擎的涡轮叶片等。对于在铸造这样的TiAl合金制的涡轮叶片等的铸模，使用与铸造钛合金的铸模相同的铸模。专利文献1中，记载了如下方案：在钛合金用铸模中，构成铸模的铸模本体的模腔表面的至少第一层由浆料的烧成物形成，所述浆料由以氧化铈为主成分的骨料和至少以氧化锆溶胶为主成分的粘合剂构成。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-69246号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题另外，TiAl合金为金属间化合物，因此是脆性材料，由于在浇铸后的冷却过程(1100℃至1000℃)中收缩，有时TiAl合金铸造产品产生断裂、裂纹。更详细地，在浇铸后的冷却时，铸模拘束TiAl合金铸造产品，并且由于TiAl合金铸造产品与铸模的热膨胀差，使得TiAl合金铸造产品的收缩量变得大于铸模的收缩量，因此TiAl合金铸造产品承受拉伸应力，有可能产生断裂、裂纹。在此，本专利技术的目的在于，提供能够抑制TiAl合金铸造产品的断裂、裂纹的铸模及其制造方法以及TiAl合金铸造产品及其铸造方法。用于解决课题的方法本专利技术所涉及的铸模是铸造TiAl合金的铸模，其特征在于，具备：以有底的方式形成且具有用于浇注TiAl合金熔融液的模腔的铸模本体；所述铸模本体具有耐反应性层以及形成于所述耐反应性层上的支持层，所述耐反应性层设置于模腔侧且由含有氧化铈、氧化钇和氧化锆的至少一种的耐火材料形成，并且抑制与所述TiAl合金熔融液的反应，所述支持层具有使铸模强度降低的弱化层以及保持铸模形状的保形层，所述弱化层由包含二氧化硅材料80质量％以上100质量％以下的耐火材料形成，所述二氧化硅材料含有方英石26质量％以上34质量％以下且余部由熔融二氧化硅构成，所述保形层由耐火材料形成。本专利技术所涉及的铸模中，其特征在于，形成所述弱化层的耐火材料含有所述二氧化硅材料90质量％以上100质量％以下。本专利技术所涉及的铸模中，其特征在于，形成所述弱化层的耐火材料由所述二氧化硅材料构成。本专利技术所涉及的铸模中，其特征在于，所述弱化层直接在所述耐反应性层上形成。本专利技术所涉及的铸模的制造方法为用于铸造TiAl合金的铸模的制造方法，特征在于，具备如下工序：将用于形成以有底的方式形成且具有用于浇注TiAl合金熔融液的模腔的铸模本体的蜡模模型成型的蜡模成型工序；在所述蜡模模型上涂覆将包含氧化铈、氧化钇和氧化锆中的至少一种的耐火材料粒子以及粘合剂混合而成的耐反应性浆料，对由包含氧化铈、氧化钇和氧化锆中的至少一种的耐火材料粒子构成的耐反应性灰泥材料进行灰泥处理，形成耐反应性浆料层的耐反应性浆料层形成工序；在所述耐反应性浆料层上形成支持浆料层的支持浆料层形成工序；对形成了所述耐反应性浆料层和所述支持浆料层的蜡模模型加热进行脱蜡，成型铸模成型体的脱蜡工序；在1000℃以上1100℃以下加热所述铸模成型体而进行烧成的烧成工序；在所述支持浆料层形成工序中，涂覆将含有熔融二氧化硅80质量％以上100质量％以下的耐火材料粒子与粘合剂混合而成的弱化浆料，对由含有熔融二氧化硅80质量％以上100质量％以下的耐火材料粒子构成的弱化灰泥材料进行灰泥处理而形成弱化浆料层，对将耐火材料粒子与粘合剂混合而得的保形浆料以及包含耐火材料粒子的保形灰泥材料进行灰泥处理而形成保形浆料层，从而形成所述支持浆料层。本专利技术所涉及的铸模的制造方法的特征在于，在所述支持浆料层形成工序中，涂覆将含有熔融二氧化硅90质量％以上100质量％以下的耐火材料粒子与粘合剂混合而得的弱化浆料，对由含有熔融二氧化硅90质量％以上100质量％以下的耐火材料粒子构成的弱化灰泥材料进行灰泥处理而形成所述弱化浆料层。本专利技术所涉及的铸模的制造方法的特征在于，在所述支持浆料层形成工序中，涂覆将由熔融二氧化硅构成的耐火材料粒子与粘合剂混合而得的弱化浆料，对由熔融二氧化硅构成的耐火材料粒子的弱化灰泥材料进行灰泥处理而形成所述弱化浆料层。本专利技术所涉及的铸模的制造方法的特征在于，在所述支持浆料层形成工序中，直接在所述耐反应性浆料层上形成所述弱化浆料层。本专利技术所涉及的TiAl合金铸造产品的特征在于，通过所述铸模中的任一种来铸造。本专利技术所涉及的TiAl合金铸造产品的铸造方法的特征在于，将所述铸模中的任一种加热到1100℃至1300℃，向铸模内浇注TiAl合金熔融液来铸造。专利技术的效果根据上述构成，在用于铸造TiAl合金的铸模中，设置有使铸模强度降低的弱化层，因此在浇铸后的冷却过程(1100℃至1000℃)中，从弱化层产生铸模的裂纹。由此，铸模对TiAl合金铸造产品进行的拘束被释放，因而能够抑制TiAl合金铸造产品的断裂、裂纹。附图说明图1为本专利技术的实施方式中，表示铸造TiAl合金的铸模的构成的截面图。图2为本专利技术的实施方式中，表示铸造TiAl合金的铸模的制造方法的流程图。图3为本专利技术的实施方式中，用于说明铸造TiAl合金的铸模的制造方法中的各工序的截面图。图4为本专利技术的实施方式中，表示作为TiAl合金铸造产品的涡轮叶片的构成的图。图5为本专利技术的实施方式中，表示铸模的强度试验方法的图。图6为本专利技术的实施方式中，表示实施例1至3、比较例1的铸模的高温强度特性的图表。图7为本专利技术的实施方式中，表示比较例2的铸模的高温强度特性的图表。图8为本专利技术的实施方式中，表示实施例1、4、5、6的铸模的高温强度特性的图表。图9为本专利技术的实施方式中，表示实施例2和比较例1的铸模的截面组织观察结果的照片。图10为本专利技术的实施方式中，表示生坯(グリーン体)的高温强度特性的图表。图11为本专利技术的实施方式中，表示在二氧化硅制铸模中的常温强度与方英石量的比率的关系的图表。具体实施方式以下使用附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。图1为表示铸造TiAl合金的铸模10的构成的截面图。图1所示的铸模10表示用于铸造作为TiAl合金铸造产品的涡轮叶片的铸模。铸模10具备以有底的方式形成且具有用于浇注TiAl合金熔融液的模腔12的铸模本体14。铸模本体14具有铸造叶片本体的叶片本体铸造部14a、铸造围带(Shroud)的围带铸造部14b以及铸造平台的平台铸造部14c。铸模本体14中，设置有用于向空洞的模腔12浇注TiAl合金熔融液的浇注口(未图示)。铸模本体14具有设置在模腔侧切且用于抑制与TiAl合金熔融液的反应的耐反应性层16。耐反应性层16由包含与TiAl合金熔融液的反应性低的氧化物等的耐火材料形成。耐反应性层16的耐火材料包含氧化铈(CeO2)、氧化钇(Y2O3)和氧化锆(ZrO2)中的至少一种而构成。耐反应性层16的耐火材料中，这些氧化物可以单独使用，也可将这些氧化物进行组合来使用。耐反应性层16的厚度为例如0.5mm至2.0mm。耐反应性层16的耐火材料中，优选使用与TiAl合金熔融液的反应性低于氧化锆且低价的氧化铈作为主成分。通过使用氧化铈，能够抑制TiAl合金铸造产品和铸模10的烧蚀(焼き付き)，能够提高TiAl合金铸造产品的表面平滑性。铸模本体14本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸摸，其特征在于，是铸造TiAl合金的铸模，具备以有底的方式形成且具有用于浇注TiAl合金熔融液的模腔的铸模本体，所述铸模本体具有耐反应性层以及形成于所述耐反应性层上的支持层，所述耐反应性层设置于模腔侧且由包含氧化铈、氧化钇和氧化锆中的至少一种的耐火材料形成，并抑制与所述TiAl合金熔融液的反应，所述支持层具有使铸模强度降低的弱化层以及保持铸模形状的保形层，所述弱化层由含有二氧化硅材料80质量％以上100质量％以下的耐火材料形成，所述二氧化硅材料包含方英石26质量％以上34质量％以下且余部由熔融二氧化硅构成，所述保形层由耐火材料形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 JP 2014-0684061.一种铸摸，其特征在于，是铸造TiAl合金的铸模，具备以有底的方式形成且具有用于浇注TiAl合金熔融液的模腔的铸模本体，所述铸模本体具有耐反应性层以及形成于所述耐反应性层上的支持层，所述耐反应性层设置于模腔侧且由包含氧化铈、氧化钇和氧化锆中的至少一种的耐火材料形成，并抑制与所述TiAl合金熔融液的反应，所述支持层具有使铸模强度降低的弱化层以及保持铸模形状的保形层，所述弱化层由含有二氧化硅材料80质量％以上100质量％以下的耐火材料形成，所述二氧化硅材料包含方英石26质量％以上34质量％以下且余部由熔融二氧化硅构成，所述保形层由耐火材料形成。2.如权利要求1所述的铸模，其特征在于，形成所述弱化层的耐火材料含有所述二氧化硅材料90质量％以上100质量％以下。3.如权利要求2所述的铸模，其特征在于，形成所述弱化层的耐火材料由所述二氧化硅材料构成。4.如权利要求1至3中任一项所述的铸模，其特征在于，直接在所述耐反应性层上形成所述弱化层。5.一种铸模的制造方法，其特征在于，是铸造TiAl合金的铸模的制造方法，具备：成型蜡模模型的蜡模成型工序，该蜡模模型用于形成铸模本体，该铸模本体以有底的方式形成且具有用于浇注TiAl合金熔融液的模腔，对所述蜡模模型涂覆耐反应性浆料并对耐反应性灰泥材料进行灰泥处理，以形成耐反应性浆料层的耐反应性浆料层形成工序，该耐反应性浆料由包含氧化铈、氧化钇和氧化锆中的至少1种的耐火材料粒子与粘合剂混合而成，该耐反应性灰泥材料由包含氧化铈、氧化钇和氧化锆中的至少1种的耐火材料粒子构成，在所述耐反应性浆料层上形成支持浆料层的支持浆料层形成工序，对形成有所...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤茂征，关口达也，
申请(专利权)人：株式会社IHI，
类型：发明
国别省市：日本;JP