一种钛铝系金属间化合物铸件精密成型方法技术

本发明专利技术涉及一种钛铝系金属间化合物铸件精密成型方法。该工艺选用氧化钇粉砂为面层耐火材料制备熔模铸造用陶瓷型壳，结合真空自耗凝壳炉或真空感应水冷铜坩埚炉、离心铸造等工艺，制备出钛铝系金属间化合物铸件。本发明专利技术制得的陶瓷型壳惰性高，强度与退让性、溃散性有较好的匹配，适合钛铝系金属间化合物的熔模铸造，制得的铸件成型完整，最薄壁厚可达1mm，尺寸精度达到CT7以下，表面污染层薄，表面粗糙度≤6.3μm，更重要的是不产生裂纹，避免了钛铝合金室温塑性低成型过程容易开裂的问题。该成型方法适用于钛铝系金属间化合物各类结构件的研制以及工程化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛铝系金属间化合物精密铸造成型技术。属于钛铝系金属间化合物成型工艺
：钛铝系金属间化合物也叫钛铝基合金，包括γ-TiAl基合金、Ti3Al基合金或Ti2AlNb合金。
技术介绍
随着航空、航天技术以及汽车工业的飞速发展，各种新型飞行器的飞行距离、飞行速度、灵活性能的提高，对轻质、高强、耐热材料及其精密成型技术提出了越来越高的要求。钛铝系金属间化合物(也称钛铝基合金)是一种新型轻质、高温结构材料，密度不到镍基合金的50％，兼有金属和陶瓷的性能。不仅具有轻质、高比强、高比刚、腐蚀、耐磨、耐高温以及优异的抗氧化性等优点，成为航空航天及汽车发动机用耐热结构件极具竞争力的材料。钛铝合金具有高的化学活泼性，极易与模壳材料反应，在铸件表面产生一定厚度的污染层，影响铸件力学性能的均匀性，恶化铸件质量。同时钛铝合金与常规钛合金相比室温塑性低、流动能力差、收缩率大，因此容易出现缩松、缩孔、欠铸、裂纹等缺陷，尤其是开裂问题，成为钛铝合金铸造成型需要解决的关键问题。钛铝基金属间化合物室温塑性低、成型性差，塑性加工存在很大的困难。与其他方法相比，熔模精密铸造可以一次铸成型状复杂、薄壁的零件，并且铸件具有高的尺寸精度、低的表面粗糙度，加工余量少，可实现近净成型，因此采用氧化物陶瓷型壳熔模精密铸造技术是制作钛铝基金属间化合物构件最可行的方法之一。氧化钇、氧化锆、氧化铝等具有优良的化学稳定性、耐热性。但是制备具有良好惰性、一定强度、一定退让性和溃散性的陶瓷型壳，结合适当的熔炼、浇注工艺，获得成型完整、表面质量优异、没有裂纹、组织致密的钛铝构件，一直是钛铝合金材料工作者的瓶颈技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，是提供一种钛铝合金近净成型的熔模精密铸造技术，所制备的陶瓷型壳具有良好惰性，一定强度、退让性和溃散性，采用真空自耗水冷铜坩埚凝壳铸造炉或真空感应水冷铜坩埚凝壳铸造炉进行熔炼浇注，获得的铸件成型完整、没有裂纹，表面污染层≤0.05mm，铸件最小壁厚0.8mm，铸件表面粗糙度≤6.3μm。本专利技术采用的技术方案是：钛铝合金氧化物陶瓷型壳熔模精密铸造技术，包括按铸件结构制备蜡模(模具压制或激光快速成型蜡模)，依托蜡模制作氧化物陶瓷型壳，型壳脱蜡、焙烧，型壳预热，钛铝合金熔炼和浇注，后处理后制成钛铝精铸件。其工艺过程和技术要点是：提供一种一种钛铝系金属间化合物铸件精密成型方法，具体步骤如下：步骤一、蜡模制备选用石蜡-松香，或选用石蜡-树脂基模料(如T-8.5、KC2683KE、CL162等)作为蜡模制备材料，根据零件结构对蜡模制备材料进行加工，获得蜡模。步骤二、型壳面层的制备选用硅溶胶、钇溶胶或醋酸锆作为型壳面层制备的液状粘结剂。面层料浆制备：将液状粘结剂倒入氧化钇粉体中，所述氧化钇粉体为200～325目，粉液重量比为1.5～5：1，进行搅拌混合，时间为1～4小时，料浆粘度控制在40～80秒。将面层料浆涂挂到所述的蜡模上，然后在蜡模上喷撒氧化钇砂，氧化钇砂为45～160目，工作环境为18～28℃，料浆温度为12～22℃，相对湿度为40～90％，撒砂后进行干燥处理，时间为12～48小时。步骤三、型壳临面层的制备选用硅溶胶、钇溶胶或醋酸锆作为型壳临面层制备的液状粘结剂；临面层料浆制备：将液状粘结剂倒入氧化钇粉体中，所述氧化钇粉体为200～325目，粉液重量比为0.8～2.5：1，进行搅拌混合，时间为10～50分钟，料浆粘度控制在8～23秒。将临面层料浆涂挂到所述型壳面层上，然后在所述型壳面层上喷撒氧化钇砂，氧化钇砂为40～100目，工作环境为18～28℃，料浆温度为12～22℃，相对湿度为40～90％，撒砂后进行干燥处理，时间为12～48小时；步骤四、型壳背层涂挂和加固选用莫来石或铝矾土作为背层耐火材料，选用硅溶胶或硅酸乙酯作为背层液状粘结剂。背层料浆制备：将背层耐火材料、丝状的短纤维和液状粘结剂，或背层耐火材料、木屑和粘结剂，或背层耐火材料、丝状的短纤维、木屑和粘结剂的混合物搅拌均匀，所述的背层耐火材料为160～220目，粉液重量比为1.2～3：1，粘度为6～18秒。背层涂挂工序：分多次将背层料浆涂挂到型壳临面层上，每次涂挂后喷撒背层耐火材料、目数为10～120目，每次喷撒背层耐火材料后进行干燥处理，干燥时间为12～72小时、温度为18～28℃、相对湿度为40～75％；其中，最后一次涂挂后，不喷撒耐火材料。(即最后一次背层涂挂：将背层料浆涂挂到型壳临面层上，涂挂后干燥处理，时间为12～72小时，温度为18～28℃，相对湿度为40～75％)步骤五、型壳脱蜡采用电阻炉或者红外脱蜡釜进行型壳脱蜡。步骤六、型壳焙烧型壳脱蜡后，对型壳进行高温焙烧，焙烧温度为1000±100℃，并且保温2～6小时，在台车式电阻炉或连续式隧道炉中进行焙烧。步骤七、熔炼和浇注对型壳进行预热处理，预热温度控制在200～800℃范围，预热时间为1～5小时；将预热后的型壳放入真空自耗凝壳炉或真空感应水冷铜坩埚炉中；然后对炉中抽真空至10Pa以下，之后进行熔炼和浇注。步骤八、后处理对浇注后的铸件进行清壳、吹沙、切割浇冒系统、热等静压、打磨、补焊、热处理，所述的热等静压的工艺温度为1110～1290℃、压力为160±50MPa、时间为3～6小时。特别的，步骤四中，干燥处理后，再进行6～16次上述的背层涂挂工序。特别的，步骤七中，浇注为静止浇注或离心浇注，离心转速在150～450转/分钟。进一步的，步骤一中，对蜡模制备材料进行加工中，选择压蜡机进行蜡模压制，并进行蜡模修整，工作环境温度控制在18～28℃，相对湿度控制在40％～80％之间。另一种方法为将步骤一中的材料进行了替换，选用聚苯乙烯或光敏树脂作为蜡模制备材料，对蜡模制备材料进行加工中，蜡模采用激光快速成型技术进行制备。本专利技术的钛铝系金属间化合物铸件精密成型方法，所涉及的主要设备有：压蜡机、料浆搅拌机、扬砂机、电阻脱蜡炉、高温连续隧道炉、台车式电阻炉、烘箱、真空自耗凝壳炉、真空感应水冷铜坩埚炉、热等静压炉、真空退火炉等。采用本专利技术的钛铝系金属间化合物精密成型方法制备的钛铝合金铸件，其成型完整，尺寸精度高，表面质量好，内部夹杂少，并且不产生开裂，能够实现钛铝合金的铸造成型和质量要求，从而满足军工行业对轻质、耐高温钛铝合金精密铸件的迫切需求，可以用于研究和生产军工类钛铝铸件，比如钛铝叶片、扩压器、涡流器、发动机机匣等，也可以用于民用钛<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛铝系金属间化合物铸件精密成型方法，其特征在于包括以下步骤步骤一、蜡模制备选用石蜡‑松香，或选用石蜡‑树脂基模料作为蜡模制备材料，根据零件结构对蜡模制备材料进行加工，获得蜡模；步骤二、型壳面层的制备选用硅溶胶、钇溶胶或醋酸锆作为型壳面层制备的液状粘结剂；面层料浆制备：将液状粘结剂倒入氧化钇粉体中，所述氧化钇粉体为200～325目，粉液重量比为1.5～5：1，进行搅拌混合，时间为1～4小时，料浆粘度控制在40～80秒；将面层料浆涂挂到所述的蜡模上，然后在蜡模上喷撒氧化钇砂，氧化钇砂为45～160目，工作环境为18～28℃，料浆温度为12～22℃，相对湿度为40～90％，撒砂后进行干燥处理，时间为12～48小时；步骤三、型壳临面层的制备选用硅溶胶、钇溶胶或醋酸锆作为型壳临面层制备的液状粘结剂；临面层料浆制备：将液状粘结剂倒入氧化钇粉体中，所述氧化钇粉体为200～325目，粉液重量比为0.8～2.5：1，进行搅拌混合，时间为10～50分钟，料浆粘度控制在8～23秒；将临面层料浆涂挂到所述型壳面层上，然后在所述型壳面层上喷撒氧化钇砂，氧化钇砂为40～100目，工作环境为18～28℃，料浆温度为12～22℃，相对湿度为40～90％，撒砂后进行干燥处理，时间为12～48小时；步骤四、型壳背层涂挂和加固选用莫来石或铝矾土作为背层耐火材料，选用硅溶胶或硅酸乙酯作为背层液状粘结剂；背层料浆制备：将背层耐火材料、丝状的短纤维和液状粘结剂，或背层耐火材料、木屑和粘结剂，或背层耐火材料、丝状的短纤维、木屑和粘结剂的混合物搅拌均匀，所述的背层耐火材料为160～220目，粉液重量比为1.2～3：1，粘度为6～18秒；背层涂挂工序：分多次将背层料浆涂挂到型壳临面层上，每次涂挂后喷撒背层耐火材料、目数为10～120目，每次喷撒背层耐火材料后进行干燥处理，干燥时间为12～72小时、温度为18～28℃、相对湿度为40～75％；其中，最后一次涂挂后，不喷撒耐火材料；步骤五、型壳脱蜡采用电阻炉或者红外脱蜡釜进行型壳脱蜡；步骤六、型壳焙烧型壳脱蜡后，对型壳进行高温焙烧，焙烧温度为1000±100℃，并且保温2～6小时，在台车式电阻炉或连续式隧道炉中进行焙烧；步骤七、熔炼和浇注对型壳进行预热处理，预热温度控制在200～800℃范围，预热时间为1～5小时；将预热后的型壳放入真空自耗凝壳炉或真空感应水冷铜坩埚炉中；然后对炉中抽真空至10Pa以下，之后进行熔炼和浇注；步骤八、后处理对浇注后的所述铸件进行清壳、吹沙、切割浇冒系统、热等静压、打磨、补焊、热处理；所述的热等静压的工艺温度为1110～1290℃、压力为160±50MPa、时间为3～6小时。...

【技术特征摘要】
1.一种钛铝系金属间化合物铸件精密成型方法，其特征在于包括以下步骤
步骤一、蜡模制备
选用石蜡-松香，或选用石蜡-树脂基模料作为蜡模制备材料，根据零件结构对蜡模制备材
料进行加工，获得蜡模；
步骤二、型壳面层的制备
选用硅溶胶、钇溶胶或醋酸锆作为型壳面层制备的液状粘结剂；
面层料浆制备：将液状粘结剂倒入氧化钇粉体中，所述氧化钇粉体为200～325目，粉液
重量比为1.5～5：1，进行搅拌混合，时间为1～4小时，料浆粘度控制在40～80秒；
将面层料浆涂挂到所述的蜡模上，然后在蜡模上喷撒氧化钇砂，氧化钇砂为45～160目，
工作环境为18～28℃，料浆温度为12～22℃，相对湿度为40～90％，撒砂后进行干燥处理，时
间为12～48小时；
步骤三、型壳临面层的制备
选用硅溶胶、钇溶胶或醋酸锆作为型壳临面层制备的液状粘结剂；
临面层料浆制备：将液状粘结剂倒入氧化钇粉体中，所述氧化钇粉体为200～325目，粉
液重量比为0.8～2.5：1，进行搅拌混合，时间为10～50分钟，料浆粘度控制在8～23秒；
将临面层料浆涂挂到所述型壳面层上，然后在所述型壳面层上喷撒氧化钇砂，氧化钇砂
为40～100目，工作环境为18～28℃，料浆温度为12～22℃，相对湿度为40～90％，撒砂后进
行干燥处理，时间为12～48小时；
步骤四、型壳背层涂挂和加固
选用莫来石或铝矾土作为背层耐火材料，选用硅溶胶或硅酸乙酯作为背层液状粘结剂；
背层料浆制备：将背层耐火材料、丝状的短纤维和液状粘结剂，或背层耐火材料、木屑和
粘结剂，或背层耐火材料、丝状的短纤维、木屑和粘结剂的混合物搅拌均匀，所述的背层耐
火材料为160～220目，粉液重量比为1.2～3：1，粘度为6～18秒；
背层涂挂工序：分多次将背...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏战雷，黄东，李建崇，赵鹏，朱郎平，南海，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11