鈦合金熔模鑄造用氧化物陶瓷型殼的制備工藝研究.pdf

1、熔模精密鑄造克服了傳統(tǒng)塑性加工金屬利用率低、機械加工量大且生產(chǎn)成本高的缺點，是一種能夠生產(chǎn)高質(zhì)量精密鑄件的先進近凈成型工藝。但是將熔模精密鑄造用于鈦合金時，由于鈦液的高溫化學(xué)活性致使鈦極易與熔模鑄造的型殼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而且熔融鈦液對型殼具有較強的沖擊力，另外型殼面層的表面粗糙度會直接影響到鈦鑄件的表面質(zhì)量，這就要求鈦合金熔模鑄造用型殼應(yīng)該具有高的化學(xué)穩(wěn)定性、強度和較低的表面粗糙度，從某種意義上來說，對鈦合金熔模精密鑄造的研究，其實質(zhì)就是對

2、所用型殼的研究。
　　通過綜合考慮面層型殼的使用性能以及工藝性與經(jīng)濟性，課題首先選擇了型殼的造型材料，即各層的耐火粉、粘結(jié)劑以及撒砂材料。其次在大量試驗探索基礎(chǔ)上確定了面層漿料的制漿工藝：按照鋯溶膠→添加劑→ZrO2粉的配料順序配制漿料，并將攪拌速度控制在30～50轉(zhuǎn)/min，最終獲得條件粘度約為30～40s、懸浮率約為80％的面層氧化鋯漿料。此外，粉液比對漿料及型殼性能也有很大的影響。綜合考慮漿料粘度、型殼室溫強度和表面粗糙度，

3、宜將粉液比控制在5.0～6.0g/ml。
　　為提高面層氧化鋯水基漿料的懸浮性，經(jīng)試驗探索獲得了一種懸浮劑體系，即每1L氧化鋯水基漿料中加入20g/L的CMC、10g/L的PAMA、20g/L鈉基膨潤土的水溶液各2ml，將原氧化鋯水基漿料的懸浮性從78%左右提高到了92%從而有效地防止了漿料的沉淀板結(jié)，提高了漿料的使用壽命并改善了型殼的均勻性，使?jié){料的保存時間由18天提高到了36天，同時由于懸浮劑的總加入量僅為氧化鋯漿料的0.00

4、2～0.003wt%，所以在澆注時與鈦液的接觸有限，形成的鈦合金鑄件污染層較薄。
　　通過分析TG-DSC曲線以及焙燒工藝對型殼高溫殘余強度、表面粗糙度和透氣性的影響，探索出了型殼的焙燒工藝為：600℃預(yù)熱30min后，再以1000～1050℃的溫度焙燒1.5～2.5h。采用該焙燒工藝得到的氧化鋯型殼沒有明顯的體積膨脹，焙燒前后物相均為穩(wěn)定的四方晶，型殼焙燒后的高溫殘余強度約為5MPa，表面粗糙度值維持在1.2～1.6μm，焙燒后

5、的鈦合金澆鑄用氧化鋯型殼的厚度均勻，內(nèi)表面面層光潔平整、無明顯的裂縫、夾砂等缺陷，澆注鈦液后的氧化鋯型殼面層和背層均未形成新的物相，能夠滿足鈦合金的澆注條件。
　　使用以上制漿工藝和型殼焙燒工藝所制得的型殼澆注TA2閥體鑄件，其表面及內(nèi)部無鑄造缺陷，表面粗糙度Ra=6.01μm，表面污染層厚度均勻且小于200μm，并且污染元素沒有滲入到鈦鑄件內(nèi)部而僅集中在表面200μm內(nèi)。TA2鑄件沒有出現(xiàn)明顯的鑄造缺陷，其室溫抗拉強度σb=74