专利名称：一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺的制作方法
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I)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 I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 I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I : 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 I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°C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°C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°C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IPa。优选的，所述步骤5)中真空除气烘焙包括以下步骤，首先200°C保温2 2. 5小时，其次400°C保温2 2. 5小时，然后600°C保温2 2. 5小时，最后950°C保温4 5小时。优选的，所述步骤I)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。
具体实施例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I)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；对机械加工石墨型工艺残留的石墨粉和碎屑进行筛选，筛选出粒度在50 100目和粒度直径小于2mm的石墨砂；配置粘结剂将酚醛树脂与草酸按照质量比10 I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，所述混合溶液的粘度通过流杯测量粘度；
配置面层石墨砂按照质量比4 I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；配置背层石墨砂再将50 100目的石墨粉与20目的石墨砂按质量比I : 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 I的比例混合，搅拌15 20分钟获得背层石墨砂；3)造型首先在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°C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°C以下出炉；6)熔炼浇注将步骤5)真空除气焙烧完成后的铸型部件组型后，预热至200°C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IPa。实施例二 一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，包括以下步骤I)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目的石墨粉和粒度直径小于2mm石墨砂、酚醛树脂、乙醇、草酸；对机械加工石墨型工艺残留的石墨粉和碎屑进行筛选，筛选出粒度在50目和粒度直径小于2mm的石墨砂；配置粘结剂将酚醛树脂与草酸按照质量比10 I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100s，所述混合溶液的粘度通过流杯测量粘度；配置面层石墨砂按照质量比4 I的比例将50目的石墨粉与上述配好的粘结剂混合，搅拌15分钟配置成面层石墨砂；配置背层石墨砂再将50目的石墨粉与20目的石墨砂按质量比I : 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 I的比例混合，搅拌15分钟获得背层石墨砂；3)造型首先在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10mm，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，力度比面层稍大一些，每层填铺厚度20mm，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°C温度下保温30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°C以下出炉；6)熔炼浇注将步骤5)真空除气焙烧完成后的铸型部件组型后，预热至200°C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IPa。实施例三一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，包括以下步骤I)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80目的石墨粉和粒度直径小于2mm石墨砂、酚醛树脂、乙醇、草酸；对机械加工石墨型工艺残留的石墨粉和碎屑进行筛选，筛选出粒度在80目和粒度直径小于2mm的石墨砂；配置粘结剂将酚醛树脂与草酸按照质量比10 I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15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110s，所述混合溶液的粘度通过流杯测量粘度；配置面层石墨砂按照质量比4 I的比例将80目的石墨粉与上述配好的粘结剂混合，搅拌18分钟配置成面层石墨砂；配置背层石墨砂再将80目的石墨粉与20目的石墨砂按质量比I : 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 I的比例混合，搅拌18分钟获得背层石墨砂；3)造型首先在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15_，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，力度比面层稍大一些，每层填铺厚度25mm，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75°C温度下保温50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°C以下出炉；6)熔炼浇注
将步骤5)真空除气焙烧完成后的铸型部件组型后，预热至200°C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IPa。实施例四一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，包括以下步骤I)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；对机械加工石墨型工艺残留的石墨粉和碎屑进行筛选，筛选出粒度在100目和粒度直径小于2mm的石墨砂；配置粘结剂将酚醛树脂与草酸按照质量比10 I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120s，所述混合溶液的粘度通过流杯测量粘度；配置面层石墨砂按照质量比4 I的比例将100目的石墨粉与上述配好的粘结剂混合，搅拌20分钟配置成面层石墨砂；配置背层石墨砂再将100目的石墨粉与20目的石墨砂按质量比I : 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 I的比例混合，搅拌20分钟获得背层石墨砂；3)造型首先在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20_，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，力度比面层稍大一些，每层填铺厚度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80°C温度下保温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°C以下出炉；6)熔炼浇注将步骤5)真空除气焙烧完成后的铸型部件组型后，预热至200°C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IPa。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一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)配直制备材料 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 I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 I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I : 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 I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°C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°C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°C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IPa。
2.根据权利要求I所述的一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，其特征在于，所述步骤5)中真空除气烘焙包括以下步骤，首先200°C保温2 2. 5小时，其次400°C保温2 2. 5小时，然后600°C保温2 2. 5小时，最后950°C保温4 5小时。
3.根据权利要求I所述的一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，其特征在于，所述步骤I)中制作铸造模具的材料为木材或钢或铝中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种钛及钛合金铸件加工用砂型铸造工艺，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，以砂型铸造造型工艺制作铸型，用真空自耗凝壳炉熔炼浇注，本发明主要工艺步骤有1)铸造模具制作；2)配置制备材料；3)造型；4)烘干固化；5)真空除气焙烧；6)熔炼浇注，本发明的优点采用生产机加工石墨铸型残留的石墨粉和石墨碎屑有效的降低了生产成本；造型工艺简单，铸型材料利用率高；清砂方便。
文档编号B22C1/00GK102728778SQ20121024142
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者朱广 申请人:西安泵阀总厂有限公司