钛合金精密铸造型壳材料及制备工艺的研究

论文摘要

钛合金是一种性能优异的金属材料,但是在高温下活性很高,几乎能与所有的耐火材料发生反应。精密铸造是一种钛合金常用成型方法,但常用的造型材料会与熔融钛合金发生反应生成富氧“α层”,使铸件质量恶化。本文以实际生产条件和造型材料为基础,加入复合添加剂和对耐火材料进行双峰级配改良。经过一系列实验验证,最终浇注钛合金铸件并评定改良效果。本文选择氧化钙稳定的氧化锆粒径分别为47μm和10μm做双峰级配,粘结剂选择工业上应用较广泛的硅溶胶,复合添加剂为PVA30%+乳胶70%,占总体积的1%,其余添加剂适量,将这些原料经过搅拌成浆料,制成尺寸为40×20×6（±0.5）mm的型壳试块,和普通工艺（仅有一种粒径的耐火粉料,未添加复合添加剂）试块做对比,分别进行表面形貌的观察和进行抗弯强度、干燥速率、透气性和热化学稳定性等一系列的测试。根据实验结果,将两种优化方法结合制成叶片型壳并进行真空熔炼和浇注,对铸件进行分析,评定优化效果。通过抗弯强度测试可以判定：级配可以提高型壳的常温强度和残留强度,加入复合添加剂使常温强度进一步提高,残留强度降低；复合添加剂的加入可以使型壳完全干燥时间大为缩短,在焙烧后由于高聚物的烧失留下弥散分布的微小空洞有助于提高型壳透气性；经过双峰级配制出的型壳表面致密光洁,对液钛的热化学稳定性有所提高。通过对工艺改良后浇注出的钛合金铸件进行观察分析：宏观上铸件表面较为平滑,无明显缺陷或裂痕；界面反应在不同区域发生程度不同；反应产物主要为浅色钛硅化合物,分布在界面晶界处,主要是受型壳材料中硅溶胶的影响；在铸件与型壳的接触界面处有一定量的氧元素,但并未形成明显的“α层”,推测氧原子只是固溶在钛晶格间隙中,但不足以形成影响铸件性能的“a层”。表明双峰级配和复合添加剂的加入有效降低了钛合金与型壳之间的界面反应程度,提升了铸件和型壳的表面质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 钛合金熔模精铸技术国内外研究进展
• 1.2.1 国外钛合金精铸发展
• 1.2.2 我国的研究发展及现状
• 1.3 熔模精铸材料
• 1.3.1 模料
• 1.3.2 造型材料
• 1.4 钛精铸工艺
• 1.5 钛精铸目前的问题、发展前景与本课题研究内容
• 第2章 实验材料、过程及工艺的研究
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 耐火粉料
• 2.1.2 粘结剂
• 2.1.3 添加剂
• 2.2 铸件与浇注系统设计的工艺参数
• 2.2.1 铸件设计工艺参数
• 2.2.2 浇注系统的设计
• 2.3 重要制壳工艺参数及其对型壳质量的影响
• 2.3.1 粉液比
• 2.3.2 粘度
• 2.4 型壳制备工艺及主要影响因素
• 2.5 本章小结
• 第3章 型壳工艺与性能的测试与分析
• 3.1 型壳的力学性能
• 3.2 级配对型壳表面形貌的影响
• 3.3 添加剂对型壳干燥速率的影响
• 3.4 复合添加剂对型壳透气性的影响
• 3.5 型壳的热化学稳定性测试
• 3.6 本章小结
• 第4章 钛合金铸件的制备与界面反应的研究
• 4.1 铸件型壳制备工艺
• 4.2 钛合金的熔炼和浇注
• 4.3 铸件与型壳界面反应研究
• 4.3.1 铸件界面处的金相
• 4.3.2 铸件界面处反应情况
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢