[发明专利]一种精密铸造钛合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造成型领域，特别涉及精密铸造钛合金领域。

背景技术

由于高温钛合金具有较高的使用温度、高温强度、较好的抗氧化性能、抗蠕变性能、抗疲劳性能等，在飞机发动机和火箭推进系统所用的新一代高温结构材料中以明显的优势而备受航空航天界材料工作者们的重视，已成为新一代高温结构材料的研究方向和发展趋势之一。随着航空工业的进一步发展，钛合金在飞机上的使用将越来越多。多用于制造航空发动机中要求强度高与耐热性好的重要零部件和飞机机体结构件。

美国大型复杂的发动机中间机匣式风扇框架已经采用Ti-6242高温钛合金精铸件，就是采用精密铸造方法制备的，但是该Ti-6242高温钛合金精铸件的工作温度仅为450℃左右，工作温度低。美国Howmet公司与波音公司对550℃以上使用的高温钛合金的铸造性能进行了系统的评价，认为采用合适的陶瓷型壳，并经过热处理和热等静压处理获得的精铸件的力学性能有望接近于Ti-6Al-4V合金，现已开始进行发动机铸件的应用研究，例如该方法制备的成分为Ti-6-2-4-2的高温钛合金铸件，虽然性能比较高，但是该高温钛合金的最高使用温度仅为450℃；Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系的高温钛合金可以在550℃-600℃条件下使用，但是该合金系目前多以铸锭、板材、锻件的形式应用，特别是以锻造为主。对于形状复杂的零件，存在设计周期长，成本高，难以成形的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种精密铸造钛合金的制备方法，解决现有技术制备工艺复杂、很难得到形状复杂的高温钛合金零件的问题，以及解决现有技术制备的高温钛合金的使用温度偏低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种精密铸造钛合金的方法，步骤如下：

1)制备蜡模：利用计算机对高温钛合金铸件三维成形设计，将设计文件导入快速成型机制造零件蜡模，制备浇注系统，将蜡模与浇注系统粘接；

2)涂挂模壳：在蜡模上涂挂粒度为200-400目的氮化硼粉与硅溶胶按重量比为2∶1～3∶1配置成流杯粘度为10-25秒的料浆；撒砂粒度为40-100目的电熔莫来石砂，干燥，制备面层；再采用200-400目的醋酸锆粉与硅溶胶按重量比3∶1～4∶1配置成流杯粘度为10-30秒的料浆，涂挂第2层，撒40-80目粒度的电熔莫来石砂，干燥；再采用铝矾土与硅溶胶按重量比为3∶1～4∶1配置铝矾土料浆和撒砂粒度为16-24目的煤矸石砂依次涂挂和撒砂第4-6层，最后涂挂一次上述制备的铝矾土料浆，干燥；

3)脱蜡：利用微波加热快速脱蜡；

4)熔炼浇注：将高温钛合金制备成自耗电极，在真空自耗炉中熔炼；然后将在真空条件下其浇注到步骤3)脱蜡后的模壳中；冷却到室温后得铸件；

5)热等静压处理：在热等静压温度为1160-1180℃、热等静压力为100-120MPa，保压时间为0.5-4小时即可。

其中步骤4)所述高温钛合金包括Ti-1100、IMI834、T36、Ti60、Ti-6Al-4V以及Ti-6242等。

其中所述步骤2)中，料浆制备过程中添加润湿剂、消泡剂，其中润湿剂占料浆的重量百分比为1-5％，消泡剂占料浆的重量百分比1-5％，在搅拌状态下加入氮化硼粉，之后依次加入润湿剂、消泡剂，搅拌10小时以上，方可涂料；所述润湿剂为聚氧乙烯烷基苯酚醚、低泡润湿分散剂RFCF-10或辛基酚聚氧乙烯醚；所述消泡剂为异丙醇、硅树脂或正戌醇。

所述步骤4)，蜡模组浸入粘度杯粘度为10-30秒的氮化硼料浆中3-8秒，保证料浆均匀挂在蜡模上，撒砂粒度为40-100目的电熔莫来石砂砂，在温度为30-35℃，湿度30-70％的环境中干燥6小时，形成面层；

所述步骤4)中，涂挂第2层后在温度为30-35℃，湿度30-60％的环境中干燥8小时；

所述步骤4)中，第3-6层每层均在温度为30-35℃，湿度30-60％的环境中干燥10小时；最后一层涂挂铝矾土料浆，在温度为30-35℃，湿度30-60％的环境中干燥10小时；

本发明的有益效果为：

1、本发明集先进的快速原型制备蜡模技术、微波脱蜡技术及热等静压技术于一体，充分发挥这些先进技术的优势，实现了Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金的精密铸造，可以制备形状复杂的零件，并且保证了铸造的尺寸精度，以及优异的高温钛合金性能。