[发明专利]一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铸造工艺，具体涉及一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺。

背景技术

钛及钛合金以其高的比强度、优异的耐腐蚀性能，在航空航天、石油化工、医疗体育等个领用都备受青睐。钛在地壳中的存储量较高，仅次于Al、Mg等元素，但是目前钛在日常使用并不普遍。钛是一种非常活泼的金属元素，特别是在高温下易于与其他元素发生化学反应，熔融态的钛金属几乎能和所有的耐火材料发生不同程度的化学反应。这使得钛及钛合金铸造必须选用高化学稳定性的铸型材料，在真空或惰性气体保护条件下熔炼，铸造生产成本很高。

目前，用于钛及钛合金合金铸造的最常用的方法有机加石墨型铸造工艺和熔模精密铸造工艺。机加石墨型铸造工艺的特点是模型加工简单方便，模型强度高。但是机械石墨型铸造对石墨材料的利用率很低，很大一部分石墨被加工成石墨碎屑和石墨粉，浪费很大。而且随着煤炭价格的不断上涨，石墨原材料的加工也不断上涨，这些因素使得机加石墨型铸造工艺的成本大幅增加。

熔模精密铸造的特点是铸件表面质量好，但其生产成本比机加石墨型铸造还高。总之，制造成本高是阻碍钛及钛合金的普及应用的主要因素。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，该工艺具有生产成本低、制作工艺简单、模型强度高的特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)铸造模具制作

按照铸造工艺图制作铸造模具；

2)配置制备材料

选用原材料：选用50～100目的石墨粉和粒度直径小于2mm石墨砂、酚醛树脂、乙醇、草酸；

配置粘结剂：将酚醛树脂与草酸按照质量比10∶1的比例混合，首先草酸用乙醇溶解后均匀的加入到酚醛树脂中，并搅拌10～20分钟配置成粘结剂，搅拌过程加入乙醇稀释，调节混合溶液的粘度至100～120s；

配置面层石墨砂：按照质量比4∶1的比例将50～100目的石墨粉与上述配好的粘结剂混合，搅拌15～20分钟配置成面层石墨砂；

配置背层石墨砂：将50～100目的石墨粉与20目的石墨砂按质量比1∶2的比例混合得到背层石墨粉，再按照背层石墨粉与上述配好的粘结剂的质量比4∶1的比例混合，搅拌15～20分钟获得背层石墨砂；

3)造型

首先在铸造模具的砂箱的底层及与金属接触的表面填铺一层面层石墨砂，厚度为10～20mm，用木槌轻轻捣实；

然后再向砂箱中加入背层石墨砂并将砂箱填满，每铺一层背层石墨砂需用木槌捣实，力度比面层石墨砂稍大一些，每层填铺厚度20～30mm，直至把砂箱填满即可，最终在砂箱里形成未干燥固化的石墨铸型；

4)烘干固化

将步骤3)完成造型的石墨铸型连同砂箱一起放入烘干箱内，在70～80℃温度下保温30～100分钟；

5)真空除气焙烧

将步骤4)烘干固化完成的石墨铸型从砂箱中取出，放入真空炉中除气焙烧，真空度控制在50Pa以下，在抽真空状态下冷却至300℃以下出炉；

6)熔炼浇注

将步骤5)真空除气焙烧完成后的石墨铸型部件组型后，预热至200℃保温30分钟，采用真空自耗电极凝壳炉熔炼浇注，熔炼时真空度小于1Pa。

优选的，所述步骤5)中真空除气烘焙包括以下步骤，首先200℃保温2～2.5小时，其次400℃保温2～2.5小时，然后600℃保温2～2.5小时，最后950℃保温4～5小时。

优选的，所述步骤1)中制作铸造模具的材料为木材或钢或铝中的一种。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

采用生产机加石墨铸型残留的石墨粉和石墨碎屑作为耐火材料，降低了生产成本；以砂型铸造造型工艺制作铸型，造型工艺简单，铸型材料利用率高，而且清砂方便；用真空自耗凝壳炉熔炼浇注，熔炼速度快，铸件生产效率高。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

实施例一：

一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，包括以下步骤：

1)铸造模具制作

按照铸造工艺图制作铸造模具，模具材料为木材或钢、铝。

2)配置制备材料

选用原材料：选用50～100目的石墨粉和粒度直径小于2mm石墨砂、酚醛树脂、乙醇、草酸；