一種鈦鋁系金屬間化合物鑄件精密成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鈦鋁系金屬間化合物精密鑄造成型技術(shù)。屬于鈦鋁系金屬間化合 物成型工藝技術(shù)領(lǐng)域。：鈦鋁系金屬間化合物也叫鈦鋁基合金，包括γ-TiAl基合金、Ti 3Al 基合金或Ti2AlNb合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航空、航天技術(shù)以及汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，各種新型飛行器的飛行距離、飛行 速度、靈活性能的提高，對(duì)輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐熱材料及其精密成型技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。 鈦鋁系金屬間化合物(也稱(chēng)鈦鋁基合金)是一種新型輕質(zhì)、高溫結(jié)構(gòu)材料，密度不到鎳基合 金的50%，兼有金屬和陶瓷的性能。不僅具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)、高比剛、腐蝕、耐磨、耐高溫以及 優(yōu)異的抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，成為航空航天及汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用耐熱結(jié)構(gòu)件極具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。
[0003] 鈦鋁合金具有高的化學(xué)活潑性，極易與模殼材料反應(yīng)，在鑄件表面產(chǎn)生一定厚度 的污染層，影響鑄件力學(xué)性能的均勻性，惡化鑄件質(zhì)量。同時(shí)鈦鋁合金與常規(guī)鈦合金相比室 溫塑性低、流動(dòng)能力差、收縮率大，因此容易出現(xiàn)縮松、縮孔、欠鑄、裂紋等缺陷，尤其是開(kāi)裂 問(wèn)題，成為鈦鋁合金鑄造成型需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0004] 鈦鋁基金屬間化合物室溫塑性低、成型性差，塑性加工存在很大的困難。與其他方 法相比，熔模精密鑄造可以一次鑄成型狀復(fù)雜、薄壁的零件，并且鑄件具有高的尺寸精度、 低的表面粗糙度，加工余量少，可實(shí)現(xiàn)近凈成型，因此采用氧化物陶瓷型殼熔模精密鑄造技 術(shù)是制作鈦鋁基金屬間化合物構(gòu)件最可行的方法之一。氧化釔、氧化鋯、氧化鋁等具有優(yōu)良 的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性。但是制備具有良好惰性、一定強(qiáng)度、一定退讓性和潰散性的陶瓷型 殼，結(jié)合適當(dāng)?shù)娜蹮?、澆注工藝，獲得成型完整、表面質(zhì)量?jī)?yōu)異、沒(méi)有裂紋、組織致密的鈦鋁 構(gòu)件，一直是鈦鋁合金材料工作者的瓶頸技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，是提供一種鈦鋁合金近凈成型的熔模精密鑄造技術(shù)， 所制備的陶瓷型殼具有良好惰性，一定強(qiáng)度、退讓性和潰散性，采用真空自耗水冷銅坩堝凝 殼鑄造爐或真空感應(yīng)水冷銅坩堝凝殼鑄造爐進(jìn)行熔煉澆注，獲得的鑄件成型完整、沒(méi)有裂 紋，表面污染層< 0.05mm，鑄件最小壁厚0.8mm，鑄件表面粗糙度< 6.3μπι。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 鈦鋁合金氧化物陶瓷型殼熔模精密鑄造技術(shù)，包括按鑄件結(jié)構(gòu)制備蠟?zāi)?模具壓 制或激光快速成型蠟?zāi)＃劳邢災(zāi)Ｖ谱餮趸锾沾尚蜌?，型殼脫蠟、焙燒，型殼預(yù)熱，鈦鋁 合金熔煉和澆注，后處理后制成鈦鋁精鑄件。其工藝過(guò)程和技術(shù)要點(diǎn)是:提供一種一種鈦鋁 系金屬間化合物鑄件精密成型方法，具體步驟如下：
[0008] 步驟一、蠟?zāi)Ｖ苽?br>[0009] 選用石蠟-松香，或選用石蠟-樹(shù)脂基模料（如!'-8.5、此26831^、(^162等)作為蠟?zāi)?制備材料，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)對(duì)蠟?zāi)Ｖ苽洳牧线M(jìn)行加工，獲得蠟?zāi)！?br>[0010] 步驟二、型殼面層的制備
[0011] 選用硅溶膠、釔溶膠或醋酸鋯作為型殼面層制備的液狀粘結(jié)劑。
[0012] 面層料漿制備:將液狀粘結(jié)劑倒入氧化釔粉體中，所述氧化釔粉體為200~325目， 粉液重量比為1.5~5:1，進(jìn)行攪拌混合，時(shí)間為1~4小時(shí)，料漿粘度控制在40~80秒。
[0013] 將面層料漿涂掛到所述的蠟?zāi)Ｉ?，然后在蠟?zāi)Ｉ蠂娙鲅趸惿?，氧化釔砂?5~ 160目，工作環(huán)境為18~28°C，料漿溫度為12~22°C，相對(duì)濕度為40~90%，撒砂后進(jìn)行干燥 處理，時(shí)間為12~48小時(shí)。
[0014]步驟三、型殼臨面層的制備
[0015] 選用硅溶膠、釔溶膠或醋酸鋯作為型殼臨面層制備的液狀粘結(jié)劑；
[0016] 臨面層料漿制備:將液狀粘結(jié)劑倒入氧化釔粉體中，所述氧化釔粉體為200~325 目，粉液重量比為〇. 8~2.5:1，進(jìn)行攪拌混合，時(shí)間為10~50分鐘，料漿粘度控制在8~23 秒。
[0017] 將臨面層料漿涂掛到所述型殼面層上，然后在所述型殼面層上噴撒氧化釔砂，氧 化釔砂為40~100目，工作環(huán)境為18~28°C，料漿溫度為12~22°C，相對(duì)濕度為40~90 %，撒 砂后進(jìn)行干燥處理，時(shí)間為12~48小時(shí)；
[0018] 步驟四、型殼背層涂掛和加固
[0019] 選用莫來(lái)石或鋁礬土作為背層耐火材料，選用硅溶膠或硅酸乙酯作為背層液狀粘 結(jié)劑。
[0020] 背層料漿制備:將背層耐火材料、絲狀的短纖維和液狀粘結(jié)劑，或背層耐火材料、 木肩和粘結(jié)劑，或背層耐火材料、絲狀的短纖維、木肩和粘結(jié)劑的混合物攪拌均勻，所述的 背層耐火材料為160~220目，粉液重量比為1.2~3:1，粘度為6~18秒。
[0021 ]背層涂掛工序:分多次將背層料漿涂掛到型殼臨面層上，每次涂掛后噴撒背層耐 火材料、目數(shù)為1 〇~120目，每次噴撒背層耐火材料后進(jìn)行干燥處理，干燥時(shí)間為12~72小 時(shí)、溫度為18~28°C、相對(duì)濕度為40~75% ;其中，最后一次涂掛后，不噴撒耐火材料。（即最 后一次背層涂掛:將背層料漿涂掛到型殼臨面層上，涂掛后干燥處理，時(shí)間為12~72小時(shí)， 溫度為18~28°C，相對(duì)濕度為40~75%)
[0022]步驟五、型殼脫蠟
[0023]采用電阻爐或者紅外脫蠟釜進(jìn)行型殼脫蠟。
[0024]步驟六、型殼焙燒
[0025]型殼脫蠟后，對(duì)型殼進(jìn)行高溫焙燒，焙燒溫度為1000 ± 100°C，并且保溫2~6小時(shí)， 在臺(tái)車(chē)式電阻爐或連續(xù)式隧道爐中進(jìn)行焙燒。
[0026] 步驟七、熔煉和澆注
[0027]對(duì)型殼進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度控制在200~800°C范圍，預(yù)熱時(shí)間為1~5小時(shí);將 預(yù)熱后的型殼放入真空自耗凝殼爐或真空感應(yīng)水冷銅坩堝爐中；然后對(duì)爐中抽真空至l〇Pa 以下，之后進(jìn)行熔煉和澆注。
[0028] 步驟八、后處理
[0029] 對(duì)澆注后的鑄件進(jìn)行清殼、吹沙、切割澆冒系統(tǒng)、熱等靜壓、打磨、補(bǔ)焊、熱處理，所 述的熱等靜壓的工藝溫度為1110~1290°c、壓力為160±50MPa、時(shí)間為3~6小時(shí)。
[0030] 特別的，步驟四中，干燥處理后，再進(jìn)行6~16次上述的背層涂掛工序。
[0031] 特別的，步驟七中，澆注為靜止?jié)沧⒒螂x心澆注，離心轉(zhuǎn)速在150~450轉(zhuǎn)/分鐘。 [0032]進(jìn)一步的，步驟一中，對(duì)蠟?zāi)Ｖ苽洳牧线M(jìn)行加工中，選擇壓蠟機(jī)進(jìn)行蠟?zāi)褐?，?進(jìn)行蠟?zāi)Ｐ拚?，工作環(huán)境溫度控制在18~28°C，相對(duì)濕度控制在40 %~80 %之間。
[0033] 另一種方法為將步驟一中的材料進(jìn)行了替換，選用聚苯乙烯或光敏樹(shù)脂作為蠟?zāi)?制備材料，對(duì)蠟?zāi)Ｖ苽洳牧线M(jìn)行加工中，蠟?zāi)２捎眉す饪焖俪尚图夹g(shù)進(jìn)行制備。
[0034] 本發(fā)明的鈦鋁系金屬間化合物鑄件精密成型方法，所涉及的主要設(shè)備有：
[0035]壓蠟機(jī)、料漿攪拌機(jī)、揚(yáng)砂機(jī)、電阻脫蠟爐、高溫連續(xù)隧道爐、臺(tái)車(chē)式電阻爐、烘箱、 真空自耗凝殼爐、真空感應(yīng)水冷銅坩堝爐、熱等靜壓爐、真空退火爐等。
[0036]采用本發(fā)明的鈦鋁系金屬間化合物精密成型方法制備的鈦鋁合金鑄件，其成型完 整，尺寸精度高，表面質(zhì)量好，內(nèi)部夾雜少，并且不產(chǎn)生開(kāi)裂，能夠?qū)崿F(xiàn)鈦鋁合金的鑄造成型 和質(zhì)量要求，從而滿足軍工行業(yè)對(duì)輕質(zhì)、耐高溫鈦鋁合金精密鑄件的迫切需求，可以用于研 究和生產(chǎn)軍工類(lèi)鈦鋁鑄件，比如鈦鋁葉片、擴(kuò)壓器、渦流器、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣等，也可以用于民用 鈦鋁合金鑄件的生產(chǎn)，比如汽車(chē)增壓渦輪了、葉輪、噴嘴等鑄件。
【具體實(shí)施方式】 [0037] 實(shí)施案例一 [0038] 1、蠟?zāi)Ｖ苽?br>[0039]采用進(jìn)口蠟料KC2683和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓渦輪金屬模具，壓射壓力為20±2kg/cm2， 保壓時(shí)間為40s。葉輪直徑為80mm，壁厚范圍為0.8~2.5mm。對(duì)錯(cuò)模進(jìn)行修補(bǔ)、組模、清洗等 處理。工作環(huán)境溫度控制在22°C，相對(duì)濕度控制在60 %。
[0040] 2、型殼面層和臨面層制備
[0041]面層制備，將醋酸鋯粘結(jié)劑倒入325目的氧化釔