專利名稱：一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鑄造工藝，具體涉及一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝。
背景技術：
鈦及鈦合金以其高的比強度、優(yōu)異的耐腐蝕性能，在航空航天、石油化工、醫(yī)療體育等個領用都備受青睞。鈦在地殼中的存儲量較高，僅次于Al ,Mg等元素，但是目前鈦在日常使用并不普遍。鈦是一種非?；顫姷慕饘僭?，特別是在高溫下易于與其他元素發(fā)生化學反應，熔融態(tài)的鈦金屬幾乎能和所有的耐火材料發(fā)生不同程度的化學反應。這使得鈦及鈦合金鑄造必須選用高化學穩(wěn)定性的鑄型材料，在真空或惰性氣體保護條件下熔煉，鑄造生產成本很高。目前，用于鈦及鈦合金合金鑄造的最常用的方法有機加石墨型鑄造工藝和熔模精密鑄造工藝。機加石墨型鑄造工藝的特點是模型加工簡單方便，模型強度高。但是機械石墨型鑄造對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，浪費很大。而且隨著煤炭價格的不斷上漲，石墨原材料的加工也不斷上漲，這些因素使得機加石墨型鑄造工藝的成本大幅增加。熔模精密鑄造的特點是鑄件表面質量好，但其生產成本比機加石墨型鑄造還高?？傊圃斐杀靖呤亲璧K鈦及鈦合金的普及應用的主要因素。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，該工藝具有生產成本低、制作工藝簡單、模型強度高的特點。為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，其特征在于，包括以下步驟I)鑄造模具制作按照鑄造工藝圖制作鑄造模具；2)配置制備材料選用原材料選用50 100目的石墨粉和粒度直徑小于2mm石墨砂、酚醛樹脂、乙
醇、草酸；配置粘結劑將酚醛樹脂與草酸按照質量比10 I的比例混合，首先草酸用乙醇溶解后均勻的加入到酚醛樹脂中，并攪拌10 20分鐘配置成粘結劑，攪拌過程加入乙醇稀釋，調節(jié)混合溶液的粘度至100 120s ；配置面層石墨砂按照質量比4 I的比例將50 100目的石墨粉與上述配好的粘結劑混合，攪拌15 20分鐘配置成面層石墨砂；配置背層石墨砂將50 100目的石墨粉與20目的石墨砂按質量比I : 2的比例混合得到背層石墨粉，再按照背層石墨粉與上述配好的粘結劑的質量比4 I的比例混合，攪拌15 20分鐘獲得背層石墨砂；
3)造型首先在鑄造模具的砂箱的底層及與金屬接觸的表面填鋪一層面層石墨砂，厚度為10 20mm,用木槌輕輕搗實；然后再向砂箱中加入背層石墨砂并將砂箱填滿，每鋪一層背層石墨砂需用木槌搗實，力度比面層石墨砂稍大一些，每層填鋪厚度20 30mm，直至把砂箱填滿即可，最終在砂箱里形成未干燥固化的石墨鑄型；4)烘干固化將步驟3)完成造型的石墨鑄型連同砂箱一起放入烘干箱內，在70 80°C溫度下保溫30 100分鐘；
5)真空除氣焙燒將步驟4)烘干固化完成的石墨鑄型從砂箱中取出，放入真空爐中除氣焙燒，真空度控制在50Pa以下，在抽真空狀態(tài)下冷卻至300°C以下出爐；6)熔煉澆注將步驟5)真空除氣焙燒完成后的石墨鑄型部件組型后，預熱至200°C保溫30分鐘，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注，熔煉時真空度小于IPa。優(yōu)選的，所述步驟5)中真空除氣烘焙包括以下步驟，首先200°C保溫2 2. 5小時，其次400°C保溫2 2. 5小時，然后600°C保溫2 2. 5小時，最后950°C保溫4 5小時。優(yōu)選的，所述步驟I)中制作鑄造模具的材料為木材或鋼或鋁中的一種。通過上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是采用生產機加石墨鑄型殘留的石墨粉和石墨碎屑作為耐火材料，降低了生產成本；以砂型鑄造造型工藝制作鑄型，造型工藝簡單，鑄型材料利用率高，而且清砂方便；用真空自耗凝殼爐熔煉澆注，熔煉速度快，鑄件生產效率高。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面進一步闡述本發(fā)明。實施例一一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，包括以下步驟I)鑄造模具制作按照鑄造工藝圖制作鑄造模具，模具材料為木材或鋼、鋁。2)配置制備材料選用原材料選用50 100目的石墨粉和粒度直徑小于2mm石墨砂、酚醛樹脂、乙
醇、草酸；對機械加工石墨型工藝殘留的石墨粉和碎屑進行篩選，篩選出粒度在50 100目和粒度直徑小于2mm的石墨砂；配置粘結劑將酚醛樹脂與草酸按照質量比10 I的比例混合，首先草酸用乙醇溶解后均勻的加入到酚醛樹脂中，并攪拌10 20分鐘配置成粘結劑，攪拌過程加入乙醇稀釋，調節(jié)混合溶液的粘度至100 120s，所述混合溶液的粘度通過流杯測量粘度；
配置面層石墨砂按照質量比4 I的比例將50 100目的石墨粉與上述配好的粘結劑混合，攪拌15 20分鐘配置成面層石墨砂；配置背層石墨砂再將50 100目的石墨粉與20目的石墨砂按質量比I : 2的比例混合得到背層石墨粉，再按照背層石墨粉與上述配好的粘結劑的質量比4 I的比例混合，攪拌15 20分鐘獲得背層石墨砂；3)造型首先在砂箱的底層及與金屬接觸的表面填鋪一層面層石墨砂，厚度為10 20mm，用木槌輕輕搗實；然后再向砂箱中加入背層石墨砂并將砂箱填滿，每鋪一層背層石墨砂需用木槌搗實，力度比面層稍大一些，每層填鋪厚度20 30mm，直至把砂箱填滿即可，最終在砂箱里形成未干燥固化的石墨鑄型； 4)烘干固化將步驟3)完成造型的石墨鑄型連同砂箱一起放入烘干箱內，在70 80°C溫度下保溫30 100分鐘；5)真空除氣焙燒將步驟4)烘干固化完成的石墨鑄型從砂箱中取出，放入真空爐中除氣焙燒，真空度控制在50Pa以下，在抽真空狀態(tài)下冷卻至300°C以下出爐；6)熔煉澆注將步驟5)真空除氣焙燒完成后的鑄型部件組型后，預熱至200°C保溫30分鐘，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注，熔煉時真空度小于IPa。實施例二 一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，包括以下步驟I)鑄造模具制作 按照鑄造工藝圖制作鑄造模具，模具材料為木材或鋼、鋁。2)配置制備材料選用原材料選用50目的石墨粉和粒度直徑小于2mm石墨砂、酚醛樹脂、乙醇、草酸；對機械加工石墨型工藝殘留的石墨粉和碎屑進行篩選，篩選出粒度在50目和粒度直徑小于2mm的石墨砂；配置粘結劑將酚醛樹脂與草酸按照質量比10 I的比例混合，首先草酸用乙醇溶解后均勻的加入到酚醛樹脂中，并攪拌10分鐘配置成粘結劑，攪拌過程加入乙醇稀釋，調節(jié)混合溶液的粘度至100s，所述混合溶液的粘度通過流杯測量粘度；配置面層石墨砂按照質量比4 I的比例將50目的石墨粉與上述配好的粘結劑混合，攪拌15分鐘配置成面層石墨砂；配置背層石墨砂再將50目的石墨粉與20目的石墨砂按質量比I : 2的比例混合得到背層石墨粉，再按照背層石墨粉與上述配好的粘結劑的質量比4 I的比例混合，攪拌15分鐘獲得背層石墨砂；3)造型首先在砂箱的底層及與金屬接觸的表面填鋪一層面層石墨砂，厚度為10mm，用木槌輕輕搗實；然后再向砂箱中加入背層石墨砂并將砂箱填滿，每鋪一層背層石墨砂需用木槌搗實，力度比面層稍大一些，每層填鋪厚度20mm，直至把砂箱填滿即可，最終在砂箱里形成未干燥固化的石 墨鑄型；4)烘干固化將步驟3)完成造型的石墨鑄型連同砂箱一起放入烘干箱內，在70°C溫度下保溫30分鐘；5)真空除氣焙燒將步驟4)烘干固化完成的石墨鑄型從砂箱中取出，放入真空爐中除氣焙燒，真空度控制在50Pa以下，在抽真空狀態(tài)下冷卻至300°C以下出爐；6)熔煉澆注將步驟5)真空除氣焙燒完成后的鑄型部件組型后，預熱至200°C保溫30分鐘，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注，熔煉時真空度小于IPa。實施例三一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，包括以下步驟I)鑄造模具制作按照鑄造工藝圖制作鑄造模具，模具材料為木材或鋼、鋁。2)配置制備材料選用原材料選用80目的石墨粉和粒度直徑小于2mm石墨砂、酚醛樹脂、乙醇、草酸；對機械加工石墨型工藝殘留的石墨粉和碎屑進行篩選，篩選出粒度在80目和粒度直徑小于2mm的石墨砂；配置粘結劑將酚醛樹脂與草酸按照質量比10 I的比例混合，首先草酸用乙醇溶解后均勻的加入到酚醛樹脂中，并攪拌15分鐘配置成粘結劑，攪拌過程加入乙醇稀釋，調節(jié)混合溶液的粘度至110s，所述混合溶液的粘度通過流杯測量粘度；配置面層石墨砂按照質量比4 I的比例將80目的石墨粉與上述配好的粘結劑混合，攪拌18分鐘配置成面層石墨砂；配置背層石墨砂再將80目的石墨粉與20目的石墨砂按質量比I : 2的比例混合得到背層石墨粉，再按照背層石墨粉與上述配好的粘結劑的質量比4 I的比例混合，攪拌18分鐘獲得背層石墨砂；3)造型首先在砂箱的底層及與金屬接觸的表面填鋪一層面層石墨砂，厚度為15_，用木槌輕輕搗實；然后再向砂箱中加入背層石墨砂并將砂箱填滿，每鋪一層背層石墨砂需用木槌搗實，力度比面層稍大一些，每層填鋪厚度25mm，直至把砂箱填滿即可，最終在砂箱里形成未干燥固化的石墨鑄型；4)烘干固化將步驟3)完成造型的石墨鑄型連同砂箱一起放入烘干箱內，在75°C溫度下保溫50分鐘；
5)真空除氣焙燒將步驟4)烘干固化完成的石墨鑄型從砂箱中取出，放入真空爐中除氣焙燒，真空度控制在50Pa以下，在抽真空狀態(tài)下冷卻至300°C以下出爐；6)熔煉澆注
將步驟5)真空除氣焙燒完成后的鑄型部件組型后，預熱至200°C保溫30分鐘，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注，熔煉時真空度小于IPa。實施例四一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，包括以下步驟I)鑄造模具制作按照鑄造工藝圖制作鑄造模具，模具材料為木材或鋼、鋁。2)配置制備材料選用原材料選用100目的石墨粉和粒度直徑小于2mm石墨砂、酚醛樹脂、乙醇、草酸；對機械加工石墨型工藝殘留的石墨粉和碎屑進行篩選，篩選出粒度在100目和粒度直徑小于2mm的石墨砂；配置粘結劑將酚醛樹脂與草酸按照質量比10 I的比例混合，首先草酸用乙醇溶解后均勻的加入到酚醛樹脂中，并攪拌20分鐘配置成粘結劑，攪拌過程加入乙醇稀釋，調節(jié)混合溶液的粘度至120s，所述混合溶液的粘度通過流杯測量粘度；配置面層石墨砂按照質量比4 I的比例將100目的石墨粉與上述配好的粘結劑混合，攪拌20分鐘配置成面層石墨砂；配置背層石墨砂再將100目的石墨粉與20目的石墨砂按質量比I : 2的比例混合得到背層石墨粉，再按照背層石墨粉與上述配好的粘結劑的質量比4 I的比例混合，攪拌20分鐘獲得背層石墨砂；3)造型首先在砂箱的底層及與金屬接觸的表面填鋪一層面層石墨砂，厚度為20_，用木槌輕輕搗實；然后再向砂箱中加入背層石墨砂并將砂箱填滿，每鋪一層背層石墨砂需用木槌搗實，力度比面層稍大一些，每層填鋪厚度30mm，直至把砂箱填滿即可，最終在砂箱里形成未干燥固化的石墨鑄型；4)烘干固化將步驟3)完成造型的石墨鑄型連同砂箱一起放入烘干箱內，在80°C溫度下保溫100分鐘；5)真空除氣焙燒將步驟4)烘干固化完成的石墨鑄型從砂箱中取出，放入真空爐中除氣焙燒，真空度控制在50Pa以下，在抽真空狀態(tài)下冷卻至300°C以下出爐；6)熔煉澆注將步驟5)真空除氣焙燒完成后的鑄型部件組型后，預熱至200°C保溫30分鐘，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注，熔煉時真空度小于IPa。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，其特征在于，包括以下步驟 1)鑄造模具制作 按照鑄造工藝圖制作鑄造模具； 2)配直制備材料 選用原材料選用50 100目的石墨粉和粒度直徑小于2mm石墨砂、酚醛樹脂、乙醇、草酸； 配置粘結劑將酚醛樹脂與草酸按照質量比10 I的比例混合，首先草酸用乙醇溶解后均勻的加入到酚醛樹脂中，并攪拌10 20分鐘配置成粘結劑，攪拌過程加入乙醇稀釋，調節(jié)混合溶液的粘度至100 120s ； 配置面層石墨砂按照質量比4 I的比例將50 100目的石墨粉與上述配好的粘結劑混合，攪拌15 20分鐘配置成面層石墨砂； 配置背層石墨砂將50 100目的石墨粉與20目的石墨砂按質量比I : 2的比例混合得到背層石墨粉，再按照背層石墨粉與上述配好的粘結劑的質量比4 I的比例混合，攪拌15 20分鐘獲得背層石墨砂； 3)造型 首先在鑄造模具的砂箱的底層及與金屬接觸的表面填鋪一層面層石墨砂，厚度為10 20mm,用木槌輕輕搗實； 然后再向砂箱中加入背層石墨砂并將砂箱填滿，每鋪一層背層石墨砂需用木槌搗實，力度比面層石墨砂稍大一些，每層填鋪厚度20 30mm，直至把砂箱填滿即可，最終在砂箱里形成未干燥固化的石墨鑄型； 4)烘干固化 將步驟3)完成造型的石墨鑄型連同砂箱一起放入烘干箱內，在70 80°C溫度下保溫30 100分鐘； 5)真空除氣焙燒 將步驟4)烘干固化完成的石墨鑄型從砂箱中取出，放入真空爐中除氣焙燒，真空度控制在50Pa以下，在抽真空狀態(tài)下冷卻至300°C以下出爐； 6)熔煉澆注 將步驟5)真空除氣焙燒完成后的石墨鑄型部件組型后，預熱至200°C保溫30分鐘，采用真空自耗電極凝殼爐熔煉澆注，熔煉時真空度小于IPa。
2.根據權利要求I所述的一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，其特征在于，所述步驟5)中真空除氣烘焙包括以下步驟，首先200°C保溫2 2. 5小時，其次400°C保溫2 2. 5小時，然后600°C保溫2 2. 5小時，最后950°C保溫4 5小時。
3.根據權利要求I所述的一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，其特征在于，所述步驟I)中制作鑄造模具的材料為木材或鋼或鋁中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦及鈦合金鑄件加工用砂型鑄造工藝，采用生產機加石墨鑄型殘留的石墨粉和石墨碎屑作為耐火材料，以砂型鑄造造型工藝制作鑄型，用真空自耗凝殼爐熔煉澆注，本發(fā)明主要工藝步驟有1)鑄造模具制作；2)配置制備材料；3)造型；4)烘干固化；5)真空除氣焙燒；6)熔煉澆注，本發(fā)明的優(yōu)點采用生產機加工石墨鑄型殘留的石墨粉和石墨碎屑有效的降低了生產成本；造型工藝簡單，鑄型材料利用率高；清砂方便。
文檔編號B22C1/00GK102728778SQ20121024142
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權日2012年7月12日
發(fā)明者朱廣 申請人:西安泵閥總廠有限公司