石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法 【技术领域】
本发明涉及一种铸造方法，特别是涉及一种石墨型-陶瓷芯钛合金铸造方法。
背景技术
随着航空航天、石油化工等行业的快速发展，对一些复杂三维变曲面小通径类钛合金铸件的需求越来越多。此类产品主要通过铸造来成型，目前钛合金铸造技术主要采用稀土陶瓷型熔模铸造、机加石墨型铸造等工艺。
针对复杂三维变曲面小通径类钛合金铸件成型，采用机加石墨型铸造工艺铸造，需要耗费大量的石墨来加工型芯，并且由于石墨自身的特性，石墨型芯不具备较高的尺寸精度和表面粗糙度，这样不但加大了铸件的材料成本，对于表面质量要求较高的铸件，增加了加工难度和加工成本，使铸件的生产周期加长，生产效率低下。采用稀土陶瓷型熔模精密铸造技术，虽然可以获得较高的铸件精度，较好的表面质量，但是对于复杂三维变曲面小通径钛合金铸件，很难保证铸件薄壁处的充型完整和内部质量合格，并且制作熔模的成本高、工序多、熔模易软化变形，脱蜡工艺复杂，蜡料损耗大，工作环境有污染等。因此，不管哪一种铸造工艺都存在模样制作复杂，生产成本高，工作条件差，劳动强度大，生产周期长，效率不高，环境有污染等不足。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种石墨型-陶瓷芯相结合地铸造工艺，利用石墨型的激冷作用和陶瓷芯的高表面质量和高尺寸精度，得到所需质量合格的复杂三维变曲面小通径类钛合金铸件。
采用的技术方案是：
石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法，包括下述工艺步骤：
一、制备陶瓷型芯：
1、原料选配：
原料由ZrO2、CaO、Al2O3、SiO2、蜂蜡、油酸、Y2O3混合制备成，其配料比以质量百分比计为：ZrO287.8-90％、CaO 3.5-4.5％、Al2O30.3％、SiO2≤0.3％、蜂蜡5-6％、油酸0.5-1％、余量为Y2O3。
2、陶瓷型芯成型：
陶瓷芯采用热压法成型，压注压力为2.7-4.0MPa、压注温度为100-150℃、压型预热至40-50℃、保压时间为10-30s。
3、将制备好的陶瓷型芯埋入盛有以工业Al2O3为填料的钵中，再将装有陶瓷型芯的钵放箱式电阻炉中焙烧。首先将陶瓷型芯加热到600℃，保温1-3h，然后将陶瓷型芯继续加热至1100-1300℃，保温6h，最后随炉冷却至室温出炉。
4、陶瓷型芯清理：
采用水洗和砂纸打磨方法将陶瓷型芯上的毛刺除去。
二、制备石墨型壳
按设计图纸要求通过机加工制成石墨型壳。
三、石墨型壳体和陶瓷型芯除气
1、石墨型壳除气工艺
将制备成的石墨型壳放入真空除气炉中，加热至800℃，保温3h，随炉冷却至室温，即得。
2、陶瓷型芯除气工艺
将制备成的陶瓷型芯放入真空除气炉中，加热至200℃，保温1h，随炉冷却至室温，即得。
四、组型
将经除气工艺处理后的陶瓷型芯和石墨型壳按照铸型组型图，组装成铸型。
五、熔炼和浇铸
自耗电极采用Ti-5Al-2.5SnELI合金锭制成，并将自耗电极放入真空自耗电极凝壳炉中，自耗电极与坩埚内壁的间隙为30-100mm，启动真空泵，抽至真空度≤10-1Pa后，进行熔炼，电压38-40V，电流12000-18000A；冷却水压0.4MPa，坩埚进口水温19℃，坩埚出口水温38℃。然后采用钛合金离心浇铸工艺向铸型内浇铸钛合金液，离心转速为300转/分，既得。
本发明的优点：
针对复杂三维变曲面钛合金精密铸件，利用本工艺铸造出的钛合金铸件，提高了铸件尺寸精度、内部质量、表面质量，极大的降低了铸件的废品率，降低了铸件的铸造成本，缩短了铸件的生产周期。
【具体实施方式】
实施例一
石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法，包括下述工艺步骤：
1、取ZrO288％、CaO 3.5％、Al2O30.3％、SiO20.1％、蜂蜡5％、油酸0.5％、Y2O32.6％放入容器内混合均匀制成陶瓷芯原料备用，上述百分比为质量百分比。
2、陶瓷芯采用热压法成型，压注压力为2.7MPa、压注温度为100℃，再将压型预热至40℃，保压10s即得陶瓷型芯备用。
3、将制成的上述陶瓷型芯埋入盛有工业Al2O3的钵中，并放入箱式电阻炉中焙烧，将陶瓷型芯加热至600℃，保温1小时，再将陶瓷型芯继续加热至1100℃，保温6小时，最后随炉冷却至室温，采用水洗和砂纸打磨方法除去毛刺备用。
4、按设计要求通过机加工方法制成石墨型壳备用。
5、将上述制备成的陶瓷型芯放入真空除气炉中，加热至200℃，保温1小时，随炉冷却至室温，完成除气备用。
将制成的铸型石墨型壳，放入真空除气炉中，加热至800℃，保温3小时，随炉冷却至室温，完成真空除气备用。
6、将经过除气工艺后的陶瓷型芯和石墨型壳按照铸型组型图组装成铸型。
7、熔炼和浇铸
将Ti-5Al-2.5SnELI合金自耗电极放入真空自耗电极凝壳炉中熔炼，该自耗电极与炉内坩埚内壁的间隙为30-100mm，启动真空泵，抽至真空度≤10-1Pa后，进行熔炼，电压38V，电流12000A，冷却水压力为0.4MPa，坩埚进口水温19℃，坩埚出口水温38℃；然后采用钛合金离心浇铸工艺向铸型内浇铸钛合金液，离心转速为300转/分，既得。
实施例二
实施例二的石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法与实施例一基本相同，其不同之处在于：
1、所述陶瓷芯原料由ZrO289％、CaO 4％、Al2O30.3％、SiO20.2％、蜂蜡5.5％、油酸0.7％和Y2O30.3％；
2、所述陶瓷型芯成型中压注压力为3MPa，压注温度为140℃、压型预热45℃、保压时间为15s。
3、所述的将装有陶瓷型芯的钵放入箱式电阻炉中进行焙烧，首先将陶瓷型芯加热至600℃，保温2小时，再继续加热至1200℃，最后随炉冷却至室温。
4、所述抽至真空度≤10-1Pa后，进行离心浇铸，电压为40V、电流为18000A。
实施例三
实施例三的石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法与实施例一基本相同，其不同之处在于：
1、所述陶瓷芯原料由ZrO290％、CaO 3.5％、Al2O30.3％、SiO20.2％、蜂蜡5％、油酸0.5％和Y2O30.5％；
2、所述陶瓷型芯成型中压注压力为3MPa，压注温度为140℃、压型预热45℃、保压时间为15s。
3、所述的将装有陶瓷型芯的钵放入箱式电阻炉中进行焙烧，首先将陶瓷型芯加热至600℃，保温2小时，再继续加热至1200℃，最后随炉冷却至室温。
4、所述抽至真空度≤10-1Pa后，进行离心浇铸，电压为40V、电流为18000A。