合金密度低、比強度和比模量高,具有較好的 、蠕變性能和優異的疲勞性能,在航空航天和汽車等具有廣闊的應用前景。合金作為一種新型輕質高溫結構材料,近年來,在受到了普遍關注,成為材料 的熱點之一。自從20世紀80年代中期以來,大型、薄壁、復雜、整體、 鑄件制造已經成為 航空、航天飛行器用的欽合金精鑄結構件制造技術的發展趨勢,這類鑄件整體結構性好,性高,質量輕,加工成本低,在航空航天內的應用越來越廣泛。采用熔模 鑄造工藝制備TiAI基合金構件常用于復雜航空、航天、汽車工業耐熱件的成形,該方法可以 無余量或近無余量的 復雜構件,制造成本與機械加工相比大幅度下降。
但是在Tl中加入AI會使其線收縮增加,當AI的含量達到20%時,其凝固收縮能夠達到1.6%。如果鑄件在澆注后其收縮受阻,受到型殼的阻力大于其所能承受的應力 ,那么就會導致鑄件中裂紋的產生。本文對薄壁的欽鋁基合金裂紋產生原因進行了分析,提出 型殼退讓性,提高透氣性,降低殘留強度的試驗方案,并進行了多孔型殼的制備工藝試驗。
本試驗生產的試樣較簡單,尺寸小,所以采用手工撒砂法,砂子靠重力自由下落,動量小且撒砂均勻,砂粒不易穿透涂料層,操作方便,具體的涂掛工藝及操作。
采用在型殼的背層涂料中加入高聚物,制成抗彎強度試驗試樣和壁厚為1.2mm的“工”字形退讓性試驗用型殼,對比多孔型殼與普通硅溶膠型殼的強度,觀察兩種型殼的內部形貌。然后進行型殼的退讓性試驗,來確定高聚物的合適加入量。
型殼在 干燥硬化后,采用高壓蒸汽法脫蠟。在蒸汽下脫蠟時,蠟模未熔化的期間,氣壓已作用于型殼外表面,抵消了型殼中蠟料膨脹造成的應力,減小型殼破裂的概率。應注意使蒸汽升壓,以 加熱的效果,在蠟模沒有被整個加熱透的時候,蠟膜表面已熔化流出,減輕了蠟模受熱膨脹而產生的對型殼的作用力。脫蠟之后進行焙燒,在1150℃焙燒好的型殼應型腔表面光潔,無裂紋, 清晰地復制出了蠟模的形狀,若在型殼用的面層涂料中加入高聚物會使型殼表面光潔度嚴重下降,影響鑄件的表面質量。
隨著涂料中高聚物與水乳膠的加入,型殼的殘留強度發生了下降,大約下降20%~25%,這是因為型殼在焙燒過程中,型殼中的高聚物與水乳膠被燒失所形成的孔洞導致的。隨著添加物的增加,型殼中的孔洞數量也在增加。孔洞使砂粒之間的接觸面積變小,那么結合力也會變小, 后宏觀上反應為型殼的強度降低。
0、0.01%,0.02%,0.03%,高聚物與水乳膠的加入量是相對于粘結劑硅溶膠所使用的重量而言。采用加入了不同含量的高聚物與水乳膠的型殼澆注了一批“工”字形欽鋁基合金鑄件,可以直觀的看到高聚物的含量為0和0.01%的型殼澆注出的欽鋁基合金鑄件表面存在裂紋,而當高聚物的含量大于0.04%時制備的型殼無法抵抗離心力和欽鋁基合金液的沖擊,導致型殼破碎,無法 成型良好的欽鋁基合金鑄件。所以對于薄璧并且須承受受阻收縮的欽鋁基合金鑄件,發現加入添加物范圍在0.02%~0.03%時澆注的欽鋁基合金“工”字形鑄件表面未產生裂紋。
通過對欽鋁基合金鑄件的裂紋的分析,提出通過加入高聚物來解決欽鋁基合金鑄件產生裂紋的方法,欽鋁基合金鑄件的裂紋基本消失,由此得出以下結論。
①欽鋁基合金精鑄過程中,由于鑄件自身結構特點使得鑄件在線收縮時,受到來自型殼的阻力,形成受阻收縮。受阻收縮是鑄件產生熱裂缺陷的主要原因;
②在背層用涂料中加入高分子聚合物和水乳膠后,型殼中會有孔洞出現,導致型殼的強度會隨著添加物含量的增加而降低;
③涂料中添加物的合理加入量為:0.02%~0.03%,添加物在此范圍內時,能夠很好的避免欽鋁基合金薄壁鑄件裂紋的產生,從而提高欽鋁基合金薄壁鑄件的合格率。