葉文輝，王蘭芳

（寶鈦集團(tuán)精鑄廠，陜西寶雞721014）

小型薄壁鈦合金鑄件低成本精密鑄造技術(shù)

葉文輝，王蘭芳

（寶鈦集團(tuán)精鑄廠，陜西寶雞721014）

當(dāng)前鈦精密鑄造技術(shù)比較多，但生產(chǎn)成本較高，急需找到一種低成本鈦精密鑄造技術(shù)，來降低生產(chǎn)成本擴(kuò)大鈦鑄件使用范圍。本文通過實(shí)驗(yàn)，找到了一種針對(duì)小型薄壁鈦合金鑄件新的低成本制殼工藝，實(shí)驗(yàn)結(jié)果生產(chǎn)的鑄件能完全滿足客戶需求。

熔模鑄造；精密鑄造；硅溶膠

熔模鑄造也稱失蠟鑄造，包括射蠟、修蠟、組樹、沾漿、熔蠟、澆鑄、后處理等工序。這種方法生產(chǎn)的鑄件，表面光潔度高、尺寸精確。同其他鑄造方法和零件成形方法相比較，熔模鑄造有以下基本特點(diǎn)：鑄件尺寸精度高、表面光潔度高；可鑄造形狀復(fù)雜的鑄件；可單件生產(chǎn)或批量生產(chǎn)；可以提高金屬材料的利用率；鑄件加工費(fèi)用低；技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)。

鈦熔模精密鑄造起源于20世紀(jì)50年代的美國，經(jīng)過60多年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且向薄壁、復(fù)雜和整體化方面發(fā)展[1]。迄今為止，在鑄鈦工業(yè)上使用過的和目前正在使用的鈦和鈦合金熔模精密鑄造的鑄型系統(tǒng)有：熔模石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼、熱解炭沉積熔模型殼。它們之間的差別在于面層使用的耐火填料和撒砂以及黏結(jié)劑不同，而工藝流程基本上是一樣的。其中工藝最成熟并且被廣泛使用的鑄型系統(tǒng)是氧化物陶瓷型殼。但氧化陶瓷型殼比較昂貴，生產(chǎn)成本高，漿料對(duì)環(huán)境要求高。

本文針對(duì)小型薄壁鈦合金鑄件研究其鑄造技術(shù)，通過實(shí)驗(yàn)，試圖找到一種低成本小型薄壁鈦合金鑄件的生產(chǎn)方法。

1 蠟?zāi)：湍＝M的制備

該型殼系統(tǒng)采用的蠟料必須是鈦和鈦合金精鑄專用蠟料。模料中的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)＜0.02%，模料線收縮率一般應(yīng)小于1.0%，目前國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)模料線收縮率一般控制在0.3%～0.5%以內(nèi)。表1為常用蠟基模料的成分和性能。

表1 常用蠟基模料的成分和性能

蠟?zāi)：湍＝M表面清潔度要求比較高，表面上不得有油污、焊接的焦渣、塵埃等，表面應(yīng)平整光滑，不能有裂紋、皺折、針孔等，上述缺陷的存在會(huì)影響到隨后做出型殼和鑄件的質(zhì)量。

2 涂料漿的組分和配制

2.1 對(duì)制殼材料的要求

在制殼過程中，制殼材料的質(zhì)量非常重要。

1）具有高的耐火溫度的制殼材料可以確保鑄造出的鑄件表面質(zhì)量高。

2）制殼材料具有足夠的惰性可以減少金屬液和模型材料的反應(yīng)。

3）型殼具有足夠的物理強(qiáng)度可以確保在生產(chǎn)過程中好操作。

4）型殼具有足夠的熱強(qiáng)度以便能承受金屬液的沖擊。

5）制殼材料具有好的尺寸穩(wěn)定性可以提高鑄件精度。

2.2 耐火填料的選擇

到目前為止，可以直接和液態(tài)鈦接觸的氧化物有：ZrO2、CaO、Y2O3、ThO2及其他一些稀土氧化物等[2]。其中，ThO2具有放射性不能使用。氧化鈣雖然相對(duì)于熔融鈦是穩(wěn)定的，但其工藝性不好，容易吸潮，阻礙了它的應(yīng)用。而氧化釔價(jià)格昂貴，所以本實(shí)驗(yàn)選用氧化鋯和氧化鋯砂為耐火填料。

2.3 黏結(jié)劑的選擇

選擇好惰性的耐高溫的粉料以后，接下來要選擇合適的黏結(jié)劑以便把這些材料粘結(jié)起來?，F(xiàn)有的黏結(jié)劑有鋯溶膠、釔溶膠、鋁溶膠和硅溶膠等，說到鈦及鈦合金精密鑄造很容易讓人想到必須使用鋯溶膠、釔溶膠來作為黏結(jié)劑。但是，用硅溶膠作為黏結(jié)劑也有自己的優(yōu)點(diǎn)在鈦及鈦合金精密鑄造過程中不一定需要被替換。

硅溶膠的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可用于鑄造的硅溶膠相對(duì)于鋯溶膠、釔溶膠儲(chǔ)量和產(chǎn)量非常大，容易取材。

（2）在干燥過程中，硅溶膠脫水聚合產(chǎn)生了羧基，通過這種聚合把型殼材料粘結(jié)在一起，脫水反應(yīng)不可逆。由于這一點(diǎn)使得硅溶膠被廣泛使用。這個(gè)機(jī)理和其他黏結(jié)劑反應(yīng)機(jī)理不一樣。其他黏結(jié)劑干燥過程中沒有羧基的形成。干燥過程中，黏結(jié)機(jī)理只是由于發(fā)生硬化反應(yīng)產(chǎn)生粘結(jié)。這樣的型殼容易重溶，造成殼層從模形上脫落。

硅溶膠的缺點(diǎn)：

熔融的鈦容易同二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，但是這個(gè)影響可以通過減少硅溶膠里面二氧化硅的濃度來削弱，更簡便的方法是通過減小黏接劑中二氧化硅膠粒的粒徑來消除這種影響。

2.4 涂料漿的配制

本工藝采用硅溶膠作黏結(jié)劑，氧化鋯作為耐火材料。下面為漿料的具體配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：

氧化鋯：75%～85%（325目氧化鋯粉）；

硅溶膠黏結(jié)劑：15%～25%（二氧化硅含量18%）；

塑化劑：2%；

消泡劑：0.2%；

潤濕劑：0.5%.

面漿的加料順序依次為黏結(jié)劑、耐火材料粉、微量添加劑。面漿需在室溫下攪拌2 h以上，后經(jīng)1 h的回性即可使用。

沾漿時(shí)沾漿要均勻，模組凹角之處，要用壓縮空氣吹，防止涂掛不上或涂掛不勻。撒砂采用氧化鋯砂進(jìn)行淋砂，這樣撒砂均勻、動(dòng)量小、不易擊碎蠟?zāi)！?/p>

鄰面層耐火材料采用主要成分為ZrO2．SiO2的鋯英粉和砂。背層采用硅溶膠作為黏結(jié)劑，采用馬來粉和砂作為耐火材料。

面層及鄰面層的干燥時(shí)間均為12 h～24 h，溫度為20℃～25℃，相對(duì)濕度不小于6%，背層的干燥時(shí)間為4 h～8 h，溫度為20℃～25℃，相對(duì)濕度40%～50%之間。

3 脫蠟和焙燒

氧化物陶瓷型殼的脫蠟一般采用高壓釜蒸氣脫蠟，通常根據(jù)型殼大小來設(shè)置脫蠟壓力和脫蠟時(shí)間。

焙燒對(duì)型殼的強(qiáng)度影響比較大。如果焙燒溫度過低或焙燒時(shí)間太短，都會(huì)使耐火材料因沒有完全燒結(jié)而造成型殼強(qiáng)度降低。

焙燒溫度1 050℃，保溫2 h～4 h，冷卻后再出爐。

在所有的制殼工藝參數(shù)中，對(duì)型殼質(zhì)量并最終對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大的有：面漿的成分和脫蠟及焙燒環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)。

4 型殼的澆注

高溫焙燒過的型殼最好能在24 h內(nèi)澆注；如果不能及時(shí)澆注，應(yīng)存放到真空儲(chǔ)存箱內(nèi)或加熱到80℃～100℃的干燥箱內(nèi)。澆注是在真空電弧凝殼爐內(nèi)進(jìn)行，可根據(jù)需要選擇重力澆注或離心澆注。

5 鑄件酸洗

鑄造出的鑄件經(jīng)過清砂、去除澆冒口系統(tǒng)等工序后，表面耐火材料已經(jīng)基本除去，但鈦與耐火材料發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)層還沒有除去，需要進(jìn)一步通過酸洗，以除去表面污染層。

酸洗到要求的尺寸后，用清水進(jìn)行沖洗。整個(gè)酸洗過程要求嚴(yán)格控制酸洗溫度和酸洗重量，保證完全去除污染層。

Low-cost Precision Casting Technology of Small Thin-wall Titanium Alloy Casting

YE Wen-hui，WANG Lan-fang
（Baotai Group Precision Casting Factory，Baoji Shanxi 721014，China）

At present there are more titanium precision casting technologies.But its high production cost limited the titanium casting application field.Through experiments，a low cost shell technology for the small and thin-wall titanium alloy casting was developed，thus produced castings could fully meet customer needs.

investment casting，precision casting，silica solution

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

TG249

A

1674-6694（2015）05-0012-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.05.003

2015-06-23

葉文輝（1978-），男，陜西丹鳳人，碩士，工程師，主要從事鈦合金精密鑄造工藝研究。