薄壁复杂结构钛合金铸件的模壳制备方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种薄壁复杂结构钛合金铸件的模壳制备方法，其适用于薄壁复杂结构钛合金铸件的熔模精密铸造。
背景技术
钛合金由于具有比强度高、耐蚀性好以及良好的高低温性能等特点，已经在我国航空航天、化工、舰艇等领域得到了广泛的应用。从20世纪50年代开始，钛合金尤其在航空航天领域中得到了迅速的发展，钛合金作为当代飞机和发动机的主要结构材料之一，不仅可以减轻飞机的重量，而且对于飞机结构的优化具有重大的实质性意义。但是国内针对钛合金的应用主要集中在锻件领域，而钛合金锻件一般都需要采取机加的方式实现最后的近净成型，其生产成本较高，特别是随着各工业领域的快速发展，零件设计趋于薄壁、结构复杂集成化的方向发展，继续使用钛合金锻件不仅难以满足生产要求，而且还会造成生产成本的增加以及原材料的浪费。因此降低钛合金的生产成本和提高原材料的出品率是关系到钛合金发展前景的重大问题。
熔模铸造又称失蜡铸造，采用此工艺生产的铸件具有精密、复杂、接近于零件最后形状的特点，可不加工或很少加工就直接使用，熔模铸造是一种近净成形的先进工艺。因此其被认为是降低钛合金生产成本的有效措施，并被认为是锻造和机加工技术的替代者，其对零件的结构设计要求较低，制造灵活，适合制造形状复杂的构件，现阶段钛合金熔模铸造技术的提高必将推动钛工业的发展。
钛合金铸件的熔模铸造生产工艺已经基本成型，铸件的模壳用浆料大多数采用氧化钇和醋酸锆制备，但是模壳容易出现掉渣的情况，最终会影响到铸件的冶金质量和表面质量。以上问题的出现，已经严重影响了钛合金铸件的发展和应用，因此现阶段需要针对这些问题设计出合适的解决方案。
发明内容
为了提高钛合金薄壁复杂结构铸件的生产工艺，为了更好地加快钛合金铸件替代锻件的可行性，降低钛合金的生产使用成本，提供了一种薄壁复杂结构钛合金铸件的模壳制备方法。
本发明的技术方案为：
一种薄壁复杂结构钛合金铸件的模壳制备方法，其包括以下步骤：
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注系统设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳，
3.1)面层和第二层浆料包括以下成分：
(a)蒸馏水、硅溶胶和325目氧化钇-氧化锆粉配比出粘结剂原料基体，粘度要求为0.45～0.55Pa·s，其中硅溶胶和325目氧化钇-氧化锆粉的质量比为92:8；
(b)质量百分比2～4％的乳胶，
(c)质量百分比4～6％的TiO2，
(d)质量百分比0.2～0.4％的丁二酸二辛基硫磺钠(1％溶液)；
3.2)浆料粘度为8～14s(中国标准量杯)；
3.3)面层和第二层撒砂为100目氧化钇；
加固层和封严层采取硅溶胶模壳方式制备；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温：400～600℃；
步骤7：铸件的熔炼与浇注；
步骤8：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤9：测定不同铸件厚度的α氧化层，当铸件厚度小于20mm时，铸件表面经干吹砂后，α氧化层可消除；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
本发明的效果和益处是：
本发明提供了薄壁复杂结构钛合金铸件的模壳制备方法，其使用薄壁复杂钛合金铸件面层和过渡层浆料粘结剂，铸件模壳质量优异，铸件无夹渣缺陷，当铸件厚度小于20mm时，α氧化层较薄，可以通过干吹砂的方式去除；当蜡模表面质量小于3.2时，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间，表面质量优异。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明，但不作为对本发明的限制。以下提供了本发明实施方案中所使用的具体材料及其来源。但是，应当理解的是，这些仅仅是示例性的，并不意图限制本发明，与如下试剂和仪器的类型、型号、品质、性质或功能相同或相似的材料均可以用于实施本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
以飞机用薄壁复杂结构壳体铸件产品为基础，以壳体的模壳制作为对象，首先采用氧化钇和专用粘结剂制备面层浆料，确定最佳的模壳制备工艺参数；完成浇注；铸件清壳打磨；检测铸件不同部位的表面α氧化层厚度；无损检测铸件冶金质量；评估铸件表面质量。
一种薄壁复杂结构钛合金铸件的模壳制备方法，其具体步骤如下：
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注系统设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳，
3.1)面层和第二层浆料成分为：
(a)蒸馏水、硅溶胶和325目氧化钇-氧化锆粉配比出粘结剂原料基体，粘度要求为0.45～0.55Pa·s，其中硅溶胶和325目氧化钇-氧化锆粉质量比为92:8，
(b)质量百分比2～4％的乳胶(占浆料总质量)，
(c)质量百分比4～6％的TiO2(占浆料总质量)，
(d)质量百分比0.2～0.4％的1％丁二酸二辛基硫磺钠溶液(占浆料总质量)；
3.2)浆料粘度为8～14s(中国标准量杯)；
3.3)面层和第二层撒砂为100目氧化钇；
加固层和封严层采取硅溶胶模壳方式制备；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温：400～600℃；
步骤7：铸件的熔炼与浇注；
步骤8：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤9：测定不同铸件厚度的α氧化层，当铸件厚度小于20mm时，铸件表面经干吹砂后，α氧化层可消除；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
实施例1：
以支架铸件为例，铸件尺寸为450×300×100mm，材质为ZTA15，壁厚差异较大，薄厚壁尺寸分别为7mm和26mm，比例接近1:4，其实现的具体步骤如下：
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注系统设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳，①、面层和第二层浆料成分为：(a)、蒸馏水、硅溶胶和325目氧化钇-氧化锆粉(质量比92:8)配比出粘结剂原料基体，粘度为0.45Pa·s，(b)、4％的乳胶，(c)、6％的TiO2，(d)、0.4％的丁二酸二辛基硫磺钠(1％溶液)，②、浆料粘度为14s(中国标准量杯)，③、面层和第二层撒砂为100目氧化钇；加固层和封严层采取常规硅溶胶模壳方式制备；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温：400℃；
步骤7：铸件的熔炼与浇注；
步骤8：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤9：测定铸件不同位置的α氧化层厚度；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
按照此方法进行铸件的生产，铸件7mm和26mm壁厚处α氧化层厚度分别为0.019mm和0.096mm，铸件经X射线和荧光检测，冶金质量满足GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
实施例2：
以导流盆铸件为例，铸件材质ZTC4，轮廓尺寸
步骤1：压制铸件蜡模，蜡模表面粗糙度需高于Ra3.2；
步骤2：根据浇注系统设计，完成蜡模组型；
步骤3：制备铸件模壳，①、面层和第二层浆料成分为：(a)、蒸馏水、硅溶胶和325目氧化钇-氧化锆粉(质量比92:8)配比出粘结剂原料基体，粘度为0.50Pa·s，(b)、4％的乳胶，(c)、6％的TiO2，(d)、0.4％的丁二酸二辛基硫磺钠(1％溶液)，②、浆料粘度为14s(中国标准量杯)，③、面层和第二层撒砂为100目氧化钇；加固层和封严层采取常规硅溶胶模壳方式制备；
步骤4：模壳脱蜡；
步骤5：制备直径为
步骤6：固定模壳至凝壳炉离心盘，模壳入炉型温：400℃；
步骤7：铸件的熔炼与浇注；
步骤8：清壳、锯切、打磨铸件；
步骤9：测定铸件不同位置的α氧化层厚度；
步骤10：射线和荧光检测铸件冶金质量；
步骤11：检测铸件表面质量。
按照此方法进行铸件的生产，铸件6mm、15mm和22mm壁厚处α氧化层厚度分别为0.017mm、0.056mm和0.096mm，铸件经X射线和荧光检测，冶金质量满足GJB2896AⅡ类件要求，铸件表面质量介于Ra3.2～6.3之间。
以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。
