[發明專利]一種大型復雜腔道鈦合金鑄件精密成形方法

在審

• 申請號: 202010150224.6
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN113351844A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 趙軍;史昆;劉時兵;劉鴻羽;王彥鵬;寧兆生;倪嘉;金磊
• 申請（專利權）人: 沈陽鑄造研究所有限公司
• 主分類號: B22D13/00
• 分類號: B22D13/00;B22D13/10
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種大型復雜腔道鈦合金鑄件精密成形方法，該方法采用精鑄復合涂殼型芯和石墨鑄型制備大型復雜腔道鈦合金鑄件，復合涂殼型芯和石墨鑄型除氣后組裝成鑄型，將自耗電極放入真空自耗電極凝殼爐中熔煉，并采用鈦合金離心澆鑄工藝向鑄型內澆鑄鈦合金液，離心后得到型復雜腔道鈦合金鑄件。利用本工藝鑄造出的鈦合金鑄件，提高了鑄件尺寸精度、內部質量、表面質量，極大的降低了鑄件的廢品率，降低了鑄件的鑄造成本，縮短了鑄件的生產周期，具有良好的經濟效益和社會效益。

技術領域

本發明涉及一種鑄造方法，特別是涉及一種高承壓、大型、復雜腔道、薄壁鈦合金鑄件精密成形方法。

背景技術

隨著航空、航天、艦船、石油化工、礦山開采等行業的快速發展，尤其是火箭發動機制備領域對一些高承壓、大型、復雜、薄壁類鈦合金鑄件的需求越來越多。此類產品主要通過鑄造來成型，目前鈦合金鑄造技術主要采用稀土陶瓷型熔模鑄造、機加石墨型鑄造等工藝。

針對高承壓、大型、復雜腔道、薄壁類鈦合金鑄件精密成形，采用機加石墨鑄型鑄造工藝鑄造，需要耗費大量的石墨來加工鑄型，并且由于石墨自身的高導熱率，石墨鑄型對鈦合金液體具有非常強烈的激冷作用，金屬液體與石墨表面接觸的部位由于冷卻速度很快，會產生大量的冷隔和裂紋等缺陷，同時，石墨型芯一般用于成形鑄件復雜腔體，這些腔體部位由于結構異常復雜，利用工具很難進行打磨、加工，缺陷去除非常困難，往往導致鑄件表面質量不合格，導致鑄件報廢，這樣不但使鑄件廢品率居高不下，還極大影響到鑄件的生產周期，生產效率低下。若采用稀土陶瓷型熔模精密鑄造技術，雖然可以獲得較高的鑄件尺寸精度，較好的表面質量，但是對于高承壓、大型、復雜腔道、薄壁類鈦合金鑄件，需要大型壓蠟機制備蠟模，并且制作蠟模的模具成本很高昂，制殼過程工序多、蠟模在制殼過程中易軟化變形，導致尺寸精度得不到有效保障，面層容易脫落，容易在鑄件內部產生高密度夾渣，導致鑄件質量不合格。因此，不管哪一種鑄造工藝都存在鑄型制作復雜，鑄件廢品率高，生產成本高，勞動強度大，生產周期長等技術問題，急需創新一種新的鑄造工藝方法來解決高承壓、大型、復雜腔道、薄壁類鈦合金鑄件精密成形的技術瓶頸問題。

目前大型、復雜腔道、薄壁鈦合金鑄件產品普遍存在冷隔、氣孔等缺陷，無法滿足今后更高高質量火箭發動機零部件需求，急需開發一種高內部質量、高表面質量鈦合金復雜結構件成形方法，提高產品質量，降低質量成本，提高生產效率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種高承壓、大型、復雜腔道、薄壁鈦合金鑄件精密成形方法，利用石墨鑄型的激冷作用和精鑄復合涂殼型芯的高表面質量、高尺寸精度、高退讓性，得到所需質量合格的高承壓、大型、復雜腔道、薄壁鈦合金鑄件。

為實現上述技術問題，本發明通過以下技術方案得到：

一種大型復雜腔道鈦合金鑄件精密成形方法，該方法采用精鑄復合涂殼型芯和石墨鑄型制備大型復雜腔道鈦合金鑄件，復合涂殼型芯和石墨鑄型除氣后組裝成鑄型，將自耗電極放入真空自耗電極凝殼爐中熔煉，并采用鈦合金離心澆鑄工藝向鑄型內澆鑄鈦合金液，離心后得到型復雜腔道鈦合金鑄件。

所述精鑄復合涂殼型芯具體步驟如下：

(1)將面層耐火粉料加入到面層粘結劑中混勻攪拌1～3小時，制備成面層涂料；把該涂料涂掛在蠟模上，撒面層砂，干燥時間為8～12小時，溫度為18～22℃，濕度為45～55％；重復上述操作2～3次形成面層型殼；所述面層耐火粉料與面層粘結劑的質量比為2～3.5：1。所述面層耐火粉料為40μm～80μm粒徑的Y₂O₃和40μm～80μm粒徑的ZrO₂混合物，其中，ZrO₂粉30～50wt％、余量為Y₂O₃粉。所述面層砂為粒徑80μm～150μm的ZrO₂砂。所述面層粘結劑為納米氧化鋁分散液，分散液濃度為8％～12wt％。