降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法技术

本发明专利技术属于铸造技术领域，涉及降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法。该制备方法包括下述步骤：熔模制备模拟、熔模制备、熔模修复、铸件浇注系统设计、带浇注系统的熔模制备、型壳制备、铸件浇注、一次吹砂、酸洗、二次吹砂。本方法解决了采用熔模精密铸造方法制备的钛合金铸件表面粗糙度高的问题，通过改善钛合金铸件的表面质量提高铸件的性能和使用可靠性。

Fabrication Method for Reducing Surface Roughness of Titanium Alloy Investment Precision Castings and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法
本专利技术属于熔模精密铸造
，涉及对一种低表面粗糙度钛合金熔模精密铸件及其熔模的制备方法的改进。
技术介绍
钛合金精密铸件主要采用熔模精密铸造方法制备，采用易熔材料制备熔模，然后在熔模表面包覆若干层耐火材料制成型壳，将脱除熔模后的型壳焙烧，获得稳定的型壳，然后利用型壳进行铸件浇注。目前采用熔模精密铸造方法制备的钛合金铸件表面粗糙度介于3.2～6.3μm之间。由于钛合金铸件主要被用于航空航天领域，其对铸件的表面粗糙度、尺寸精度和使用可靠性有较高的要求，其中铸件的表面粗糙度与产品的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切的关系，对产品的使用寿命和可靠性有重要的影响，因而要求钛合金铸件表面粗糙度要低于3.2μm以下，对关键铸件或者铸件的关键区域要求表面粗糙度甚至要求更低，而采用常规的熔模精密铸造方法无法实现。由于熔模精密铸造的第一个工序就是制造熔模，要获得表面光洁度和尺寸精度高的铸件，首先熔模应具有较高的表面光洁度和尺寸精度。其次，铸件是利用型壳浇注制备而成，因而型壳内腔的表面光洁度也影响铸件的表面粗糙度。由于铸件在成型后，内部不可避免会存在冶金缺陷，需要通过补焊修复的方法消除，对铸件表面也有较大的影响，因而需要降低铸件一次成型的缺陷率。由于熔模精密铸造工序长，各工序都对表面粗糙度有影响，也要进行相关工序的过程表面粗糙度控制，才能实现铸件表面粗糙度降低。同时为进一步降低铸件表面粗糙度，需对铸件表面进行特殊处理，结合多种工艺效果，逐级降低铸件表面粗糙度，使铸件表面粗糙度实现低于2μm以下。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种低表面粗糙度钛合金熔模精密铸件及其熔模的制备方法。本专利技术的技术方案是：降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，所述制备方法用于低表面粗糙度的钛合金熔模精密铸件及其熔模的制备，其中包含铸件的熔模制备步骤，熔模制备按下述步骤进行：1.1熔模制备模拟，包含下述步骤：1.1.1根据铸件的三维模型，设计熔模模型和模具模型；1.1.2采用数值模拟软件进行面网格和体网格划分，形成可用于模拟的带网格的熔模模型和模具模型，所述的面网格和体网格的边长≤5mm；1.1.3设定熔模模拟边界参数；1.1.4设定熔模制备工艺参数，其中模具预热温度参数介于25～50℃之间，熔模注射温度介于55～85℃之间，熔模注射压力介于0.5～2MPa之间，熔模保压时间介于150s～500s之间，评价不同参数条件下，熔模表面流痕数量和尺寸，并进行工艺参数优化；1.1.5根据步骤1.1.4的模拟结果，观察熔模充型过程中，熔模在模具中的流动方向和充型顺序，通过改变模具注射口的设计位置，来改变熔模的流动和充型顺序，减少熔模紊流，平稳顺序充型，确定模具注射口的设计位置及最终的模具设计方案；1.1.6在步骤1.1.5确定的模具的设计方案的基础上，重复进行步骤1.1.4，根据步骤1.1.4的模拟结果预测熔模缺陷产生位置，通过调整步骤1.1.4的熔模制备工艺参数，将缺陷率降低10％以上。1.2制备熔模，根据步骤1.1制定的熔模模具和熔模制备工艺参数，制备熔模。所述降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，还包括熔模修复，对于熔模存在表面缺陷的位置进行局部修复。所述的熔模修复包含下述步骤：3.1将熔模需修复的位置修平；3.2用砂纸打磨熔模修复位置，打磨时根据砂纸的粒度分三级进行，采用不同型号的砂纸对熔模表面修复区进行逐级打磨，先粗后细；3.3清洗熔模。步骤3.1中，将熔模表面需修复的区域采用刷涂修复模料或者多次滴落修复模料的方式进行修复，使熔模表面的凹陷区域被修复模料填满或者熔模表面的凸起区域微熔化，然后将该熔模表面需修复的区域修平。步骤3.2中，熔模修复所用砂纸型号为：第一级砂纸型号500≤M1<800目，第二级砂纸型号800≤M2<1200目，第三级砂纸型号1200≤M3<2000目。步骤3.3熔模清洗的具体步骤为：先采用清水浸泡，然后用有机试剂浸泡，最后用清水冲洗。清水浸泡采用超声振动方式。一种降低熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法，其具体步骤如下：8.1熔模制备，根据权利要求1所述熔模制备步骤进行；8.2铸件浇注系统设计，采用数值模拟的方法对铸件充型凝固过程进行模拟分析，设计铸件的浇注系统；8.3带浇注系统的熔模制备，根据步骤8.2中数值模拟设计的浇注系统方案，完成熔模和浇注系统组合；采用与熔模修复相同的方式进行带浇注系统的熔模表面缺陷修复；8.4型壳制备，利用带浇注系统的熔模进行型壳制备；8.5铸件浇注，对型壳进行预热，然后进行铸件浇注，制备出铸件；8.6一次吹砂，对去除浇注系统后的铸件进行表面吹砂处理；采用30～80目的砂；8.7酸洗，对一次吹砂后的铸件进行工序处理，然后进行表面酸洗，酸洗后铸件厚度的去除量a≤5mm；8.8二次吹砂，对酸洗后的铸件进行表面吹砂处理；采用80～250目的砂，分多次、多级别由粗到细吹砂。步骤8.2铸件浇注系统设计中，利用数值模拟软件模拟铸件充型凝固过程，并对铸件缺陷进行预测，设计的浇注系统经过数值模拟预测的缺陷率需低于8％。步骤8.5铸件浇注中，铸件浇注前型壳的预热温度为100～500℃，保温2～8小时。步骤8.5铸件浇注中，铸件浇注电流20～50KA，浇注电压50～100V，熔炼真空度≤7.0Pa，铸件冷却时间≥2小时。步骤8.7酸洗中，酸洗溶液为HNO3+HF+添加剂的混合溶液。步骤8.8二次吹砂中，分三级粒度进行吹砂，每级粒度至少进行吹砂一次；其中第一级粒度为80≤N1<120目，第二级粒度为120≤N2<200目，第三级粒度为200≤N3<250目；每级粒度吹砂后，检测铸件表面粗糙度，根据表面粗糙度数值及合格率，判断下一级的粒度，直至铸件表面粗糙度符合要求。对铸件表面吹砂后的区域进行检测，取点位置包括吹砂区域的外部、中部和内部，取点的数量根据吹砂区域大小决定，随机取点；取点位置的表面粗糙度数值符合当前级别粒度对应的表面粗糙度数值时，为合格，统计取点位置的合格率，当合格率≥70％时，可进行下一级别的粒度；当统计的取点位置的表面粗糙度数值符合下一级粒度对应的表面粗糙度数值并且合格率≥70％时，可进行越级吹砂，直至表面粗糙度达到要求。80≤N1<120目吹砂后表面粗糙度Ra≤3μm，120≤N2<200目吹砂后表面粗糙度Ra≤2.5μm，200≤N3<250目吹砂后表面粗糙度Ra≤2μm。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的钛合金熔模精密铸件的制备方法，降低了钛合金铸件及其熔模的表面粗糙度，常规钛合金熔模精密铸件的表面粗糙度介于3.2μm～6.3μm之间，而本专利技术方法制备的钛合金熔模精密铸件的表面粗糙度Ra≤2μm，并且铸件缺陷率降低30％以上，大大提高了钛合金精密铸件的质量和使用可靠性。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细说明。一种降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，该方法包括下述步骤：熔模制备模拟、熔模制备、熔模修复、铸件浇注系统设计、带浇注系统的熔模制备、型壳制备、铸件浇注、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，所述制备方法用于低表面粗糙度的钛合金熔模精密铸造，其中包含铸件的熔模制备步骤，熔模制备按下述步骤进行：1.1熔模制备模拟，包含下述步骤：1.1.1根据铸件的三维模型，设计熔模模型和模具模型；1.1.2采用数值模拟软件进行面网格和体网格划分，形成可用于模拟的带网格的熔模模型和模具模型，所述的面网格和体网格的边长≤5mm；1.1.3设定熔模模拟边界参数；1.1.4设定熔模制备工艺参数，其中模具预热温度参数介于25～50℃之间，熔模注射温度介于55～85℃之间，熔模注射压力介于0.5～2MPa之间，熔模保压时间介于150s～500s之间，评价不同参数条件下，熔模表面流痕数量和尺寸，并进行工艺参数优化；1.1.5根据步骤1.1.4的模拟结果，观察熔模充型过程中，熔模在模具中的流动方向和充型顺序，通过改变模具注射口的设计位置，来改变熔模的流动和充型顺序，减少熔模紊流，平稳顺序充型，确定模具注射口的设计位置及最终的模具设计方案；1.1.6在步骤1.1.5确定的模具设计方案的基础上，重复进行步骤1.1.4，根据步骤1.1.4的模拟结果预测熔模缺陷产生位置，通过调整步骤1.1.4的熔模制备工艺参数，将缺陷率降低10％以上，确定最终的熔模制备工艺参数。1.2制备熔模，根据步骤1.1制定的熔模模具和熔模制备工艺参数，制备熔模。...

【技术特征摘要】
1.降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，所述制备方法用于低表面粗糙度的钛合金熔模精密铸造，其中包含铸件的熔模制备步骤，熔模制备按下述步骤进行：1.1熔模制备模拟，包含下述步骤：1.1.1根据铸件的三维模型，设计熔模模型和模具模型；1.1.2采用数值模拟软件进行面网格和体网格划分，形成可用于模拟的带网格的熔模模型和模具模型，所述的面网格和体网格的边长≤5mm；1.1.3设定熔模模拟边界参数；1.1.4设定熔模制备工艺参数，其中模具预热温度参数介于25～50℃之间，熔模注射温度介于55～85℃之间，熔模注射压力介于0.5～2MPa之间，熔模保压时间介于150s～500s之间，评价不同参数条件下，熔模表面流痕数量和尺寸，并进行工艺参数优化；1.1.5根据步骤1.1.4的模拟结果，观察熔模充型过程中，熔模在模具中的流动方向和充型顺序，通过改变模具注射口的设计位置，来改变熔模的流动和充型顺序，减少熔模紊流，平稳顺序充型，确定模具注射口的设计位置及最终的模具设计方案；1.1.6在步骤1.1.5确定的模具设计方案的基础上，重复进行步骤1.1.4，根据步骤1.1.4的模拟结果预测熔模缺陷产生位置，通过调整步骤1.1.4的熔模制备工艺参数，将缺陷率降低10％以上，确定最终的熔模制备工艺参数。1.2制备熔模，根据步骤1.1制定的熔模模具和熔模制备工艺参数，制备熔模。2.如权利要求1所述的降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，还包括熔模修复，对于熔模存在表面缺陷的位置进行局部修复。3.根据权利要求1所述的降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，熔模修复包含下述步骤：3.1将熔模需修复的位置修平；3.2用砂纸打磨熔模修复位置，打磨时根据砂纸的粒度分三级进行，采用不同型号的砂纸对熔模表面修复区进行逐级打磨，先粗后细；3.3清洗熔模。4.根据权利要求3所述的降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，步骤3.1中，将熔模表面需修复的区域采用刷涂修复模料或者多次滴落修复模料的方式进行修复，使熔模表面的凹陷区域被修复模料填满或者熔模表面的凸起区域微熔化，然后将该熔模表面需修复的区域修平。5.根据权利要求3所述的降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，步骤3.2中，熔模修复所用砂纸型号为：第一级砂纸型号500≤M1<800目，第二级砂纸型号800≤M2<1200目，第三级砂纸型号1200≤M3<2000目。6.根据权利要求3所述的降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，步骤3.3熔模清洗的具体步骤为：先采用清水浸泡，然后用有机试剂浸泡，最后用清水冲洗。7.根据权利要求6所述的降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于清水浸泡采用超声振动方式。8.如权利要求1所述的降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法及其熔模制备方法，其特征在于，具体步骤如下：8.1熔模制备，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郄喜望，张美娟，南海，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11