一种合金铸件熔模铸造用高强度型壳的制备方法

技术领域

本发明涉及型壳制备技术领域，具体的说是一种合金铸件熔模铸造用高强度型壳的制备方法。

背景技术

熔模铸造又称失蜡法，其最大的特点是所铸出的铸件表面尺寸精度和表面光洁很高，可以不加工或很少加工就直接使用，是一种近净成形的先进工艺。熔模铸造几乎应用于所有工业部门，特别是航空、航天、兵器、船舶等领域。熔模铸造的主要工艺流程如下：工艺设计-蜡模制作-型壳面层制备-型壳背层制备-脱蜡-焙烧-组型-熔炼浇注。熔模铸造工艺流程较长，控制难点比较大，在实际生产中往往由于型壳是逐层制备，型壳各层直接结合强度不高，在型壳脱蜡、焙烧、浇注过程中容易产生型壳膨胀和开裂，特别在浇注钛合金或铝合金薄壁铸件时，会采用离心铸造方式，离心铸造过程中，金属液充型压力比普通重力场大十几倍甚至数十倍，严重的可能导致整炉产品浇注时炮火报废。通常，型壳开裂是型壳强度不够导致，目前的生产中，一般采用增加背层厚度的方法来增大型壳强度，而增加背层厚度，会增大制造成本，也有提到在背层涂料中增加碳纤维的方法来增加型壳湿强度，避免型壳脱蜡时的涨型开裂，不过这种方法需要改变原来的涂料的配比，不便于实际操作，另外碳纤维在焙烧均已分解，对后序浇注过程中的强度提高作用不大。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种合金铸件熔模铸造用高强度型壳的制备方法，采用本发明的制备方法能够增加型壳的强度，避免因型壳开裂而导致钛合金产品报废。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种合金铸件熔模铸造用高强度型壳的制备方法，主要包括如下步骤：

1）、制备面层

所述浆料包括面层浆料和背层浆料，所述面层浆料中填料为280-325目耐火粉料，粘结剂为硅溶胶、钇溶胶或二醋酸锆溶液，面层浆料的配比根据铸造材料不同进行选择；将模组置于面层浆料中挂涂，提出后，撒面层砂料，然后进行干燥处理，重复2-3次，在模组上得到型壳的面层；

2）制备背层

背层浆料中填料为280-325目莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，莫来石粉与硅溶胶的质量比为（4.5-5.0）：1；将涂挂有面层的模组进行M次背层浆料挂涂、撒背层砂料和干燥处理，得到背层，10≥M≥5；

其中，中间背层的背层砂料采用耐热纤维-莫来石砂，其余各背层的背层砂料均采用莫来石砂；所述耐热纤维-莫来石砂是按耐热纤维与莫来石砂的体积比为（0.3～0.6）：1称取耐热纤维与莫来石砂并混合均匀得到的；

3）、在脱蜡釜中于165-180℃进行蒸汽脱蜡，得到型壳；

4）、将型壳置于焙烧炉内进行不少于1000℃的高温烧结，焙烧后得到高强度型壳。

进一步地，步骤1）中，当为钛合金铸件时，面层浆料中填料选用氧化钇粉，填料与粘结剂的质量比为（2.5-4.5）:1，面层砂料选用70-90目氧化钇砂；

当为铝合金铸件时，面层浆料中填料选用白刚玉粉，填料与粘结剂的质量比为（2.5-4.5）:1，面层砂料选用70-90目白刚玉砂。

进一步地，钛合金铸件的背层层数M为9-10，中间背层为第四层或第五层。

进一步地，铝合金铸件的背层层数M为5-6，中间背层为第三层。

进一步地，所述耐热纤维为钢纤维或陶瓷纤维。

进一步地，钢纤维采用耐热钢丝制成，规格φ0.3-φ0.6mm，长度5-10mm。

进一步地，所述陶瓷纤维的规格3-5微米，长度3-10mm

进一步地，钛合金型壳的烧结温度为1000-1100℃。

进一步地，铝合金型壳的烧结温度为1000-1100℃。

进一步地，高强度型壳的抗弯强度≥12Mpa。

本发明在型壳的制备中，选择在中间背层撒砂料时选用耐热纤维-莫来石砂，而其余各背层均选用莫来石砂进行撒砂，这是由于中间背层在型壳系统中起到承上启下的作用，在中间背层中添加耐热纤维材料，可有效连接内外背层，使整个背层系统为连续的结构，同时可以避免纤维材料损伤面层，进而增加型壳强度。

有益效果：

1）、采用本发明的型壳制备方法，背层中增加的耐热纤维材料，耐热纤维材料在型壳高温焙烧后仍然保持原有的形貌和强度，可以保持焙烧后型壳背层各层之间的结合力，型壳可以成为连续结构，型壳强度、韧性都得到提高，焙烧后型壳抗弯强度≥12Mpa，避免在浇注过程中发生炮火，尤其适合离心铸造用高强度型壳的制备。

2）、采用本发明的型壳制备方法，采用耐热纤维材料作为型壳骨架，增加了型壳的强度，避免型壳在脱蜡过程中因蜡料膨胀发生开裂，提高型壳合格率。

附图说明

图1为型壳的示意图。

图示标记：1、模组，2、面层，3、耐热纤维；4、背层。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明在型壳制备时，在砂料中增加钢纤维，提高了型壳的强度和韧性，避免型壳在脱蜡、焙烧及浇注过程中出现开裂。

一种合金铸件熔模铸造用高强度型壳的制备方法，主要包括如下步骤：

1）、制备面层

面层浆料中填料为280-325目耐火粉料，粘结剂为硅溶胶或钇溶胶，面层浆料的配比根据铸造材料不同进行选择；将模组置于面层浆料中挂涂，提出后，撒面层砂料，然后进行干燥处理，重复2-3次，在模组上得到型壳的面层；面层砂料与填料材质相同，粒度不同；

2）制备背层

背层浆料中填料为280-325目莫来石粉，粘结剂为硅溶胶，莫来石粉与硅溶胶的质量比为（4.5-5.0）：1；将涂挂有面层的模组进行M次背层浆料挂涂、撒背层砂料和干燥处理，得到背层，10≥M≥5；

其中，中间背层的背层砂料采用耐热纤维-莫来石砂，其余各背层的背层砂料均采用莫来石砂；所述耐热纤维-莫来石砂是在莫来石砂中加入体积比0.3～0.6%的耐热纤维并混合均匀得到的；

3）、在脱蜡釜中于165-180℃中进行蒸汽脱蜡，得到型壳；

4）、将型壳置于焙烧炉内进行高温烧结，焙烧后得到抗弯强度≥12Mpa的高强度型壳，以冒口为例，其型壳的示意图如图1所示，由图1可知，面层2紧贴模组1，背层4紧贴面层2，在背层4中部混合有耐热纤维3。

步骤1）中，当为钛合金铸件时，面层浆料中填料选用氧化钇粉，填料与粘结剂的质量比为（2.5-4.5）:1，面层砂料选用70-90目氧化钇砂；当为铝合金铸件时，面层浆料中填料选用白刚玉粉，填料与粘结剂的质量比为（2.5-4.5）:1，面层砂料选用70-90目白刚玉砂。

需要说明的是，钛合金铸件的背层层数M为9-10，中间背层为第四层或第五层。而铝合金铸件的背层层数M为5-6，中间背层为第三层。

需要说明的是，耐热纤维为钢纤维或陶瓷纤维。其中，钢纤维采用耐热钢丝制成，规格φ0.3-φ0.6mm，长度5-10mm。陶瓷纤维的规格φ3-φ5微米，长度3-10mm。

其中，步骤5)中，钛合金型壳的烧结温度为1000-1100℃。铝合金型壳的烧结温度为1000-1100℃。

实施例1

一种钛合金薄壁壳体铸件熔模铸造用高强度型壳的制备方法，主要包括如下步骤：

1）、浆料制备

所述浆料包括面层浆料和背层浆料，所述面层浆料中填料为325目氧化钇粉，粘结剂为二醋酸锆溶液，填料与粘结剂的质量比为3.5:1；

所述背层浆料中填料为325目莫来石粉，粘结剂为二氧化硅质量分数是35%的硅溶胶，填料与粘结剂的质量比为5.0:1；

2）、制备面层

将模组置于面层浆料中挂涂，提出后，撒90目氧化钇砂、然后进行干燥处理，重复2次，在模组上得到型壳的面层；

3）制备背层

将涂挂有面层的模组进行9次背层浆料挂涂、撒背层砂料和干燥处理，得到背层；

其中，第四层背层（为叙述方便，简称背四层）的背层砂料采用钢纤维-莫来石砂，其余各背层（包括背一层~背三层、背五层~背九层）的背层砂料均采用莫来石砂；所述钢纤维-莫来石砂是在莫来石砂中加入体积比0.3%的钢纤维并混合均匀得到的，钢纤维采用耐热钢丝制成，规格φ0.3-φ0.6mm，长度5-10mm；

4）、在脱蜡釜中于175℃中进行蒸汽脱蜡，得到型壳；

5）、将型壳置于焙烧炉内于1040℃进行高温烧结，焙烧后得到高强度型壳。

对实施例1制备的型壳进行多位置、多次的抗弯强度检测，其抗弯强度为14～17Mpa。

实施例2

一种铝合金筒形铸件熔模铸造用高强度型壳的制备方法，主要包括如下步骤：

1）、浆料制备

所述浆料包括面层浆料和背层浆料，所述面层浆料中填料为285目白刚玉粉，粘结剂为二氧化硅质量分数是35%的硅溶胶，填料与粘结剂的质量比为3.8:1；

所述背层浆料中填料为325目莫来石粉，粘结剂为二氧化硅质量分数是35%的硅溶胶，填料与粘结剂的质量比为4.5:1；

2）、制备面层

将模组置于面层浆料中挂涂，提出后，撒80目白刚玉砂、然后进行干燥处理，重复2次，在模组上得到型壳的面层；

3）制备背层

将涂挂有面层的模组进行5次背层浆料挂涂、撒背层砂料和干燥处理，得到背层；

其中，第三层背层（为叙述方便，简称背三层）的背层砂料采用陶瓷纤维-莫来石砂，其余各背层（包括背一层~背二层、背四层~背五层）的背层砂料均采用莫来石砂；所述陶瓷纤维-纤维莫来石砂是在莫来石砂中加入体积比0.6%的陶瓷纤维并混合均匀得到的；陶瓷纤维直径为φ3-φ5微米，长度3-10mm；

4）、在脱蜡釜中于180℃中进行蒸汽脱蜡，得到型壳；

5）、将型壳置于焙烧炉内于1100℃进行高温烧结，焙烧后得到高强度型壳。

对实施例2制备的型壳进行多位置、多次的抗弯强度检测，抗弯强度为13～15Mpa。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。