獲得 的鈦鋁基合金精鑄葉片與所采用的熔模型殼本身質量有著直接的關系。據統計,鈦鋁基合金鑄件的缺陷和廢品是由于型殼本身質量不良引起的,因此型殼的性能是鈦鋁基合金精鑄的核心問題之一。 鑄造件型殼的面層不但要承受鈦鋁基合金液的熱沖擊和機械沖擊,還要在高溫情況下與鈦鋁基合金發生化學反應,因此型殼面層的工作環境是非常惡劣的。所以對型殼面層要求有 的強度和熱穩定性。因此本章 了在涂料中分別加入碳纖維、玻璃纖維、尼龍纖維對型殼強度的影響,以期較終制備出適合澆注出 鈦鋁基合金葉片的型殼。
為生產出 的鈦鋁基合金鑄件,對型殼有一系列的性能要求,其中型殼面層強度是型殼的較基本的性能。從制殼、澆注到清理的不同工藝階段,型殼有三種不同的強度指標,即常溫強度、高溫強度、殘留強度。
常溫強度又稱濕強度,它是指制殼后型殼的強度。它決定于制殼過程中粘結劑自然干燥和硬化的程度等。濕強度過低,脫蠟過程中型殼就會開裂或變形。高溫強度是指焙燒或澆注時型殼的強度,它對鑄件的成型和質量有重要意義。型殼高溫強度來源于粘結劑中硅凝膠在高溫下形成的硅氧鍵,以及高溫下粘結劑與耐火材料的反應產物。型殼高溫強度不足,就會在焙燒和澆注過程發生變形和破裂,但是型殼高溫強度過高對于鈦鋁基合金來說就會使鑄件在受拉的部位產生裂紋,使成型的難度增加。殘留強度是指型殼在澆注后脫殼時的強度,它影響到鑄件清理的難易程度。殘留強度過高,清理困難,并易因清理使鑄件變形或破壞,常溫強度與高溫強度之間沒有 的聯系,而高溫強度與殘留強度之間有 的關系,殘留那么高溫強度就高。常溫強度是在室溫時測定的;高溫強度則是將型殼加熱到 溫度下,保溫 時間后測定的;殘留強度是將型殼在高溫下焙燒 時間,然后冷卻到室溫時測定的。 上尚沒有統一的熔模精鑄型殼強度的測定方法。但因型殼是非均質體系,測量抗拉強度數據時波動很大,故均測定抗彎強度,試樣均為矩形片在本實驗中采用型殼的抗彎強度作為型殼高溫強度的衡量標準。
普通的圓盤式腳手架配件型殼經過焙燒后型殼強度有了明顯的提高,這是由于粘結劑中硅凝膠在高溫下焙燒時形成的硅氧鍵,以及高溫下粘結劑與耐火材料的反應產物。焙燒后型殼的強度過高,會在合金凝固收縮時起很大的阻礙作用,在應力集中處容易產生裂紋,嚴重時甚至可能導致鑄件的熱裂。與普通的型殼相比,加入了尼龍纖維之后的型殼,濕強度比普通型殼有了提高,這樣對于型殼的運輸、保存及脫蠟都是有利的。經過焙燒后,含有尼龍纖維的型殼強度下降,有利于減小合金凝固收縮的阻力,降低裂紋產生的幾率。
加入玻璃纖維和碳纖維的型殼,與普通的型殼相比,其濕強度并沒有顯著的提高,焙燒后的強度有了明顯降低了。可能是由于碳纖維、玻璃纖維與制備型殼所使用的涂料的潤濕性不好,導致纖維與涂料不能很好的結合,降低了型殼的強度。尼龍纖維由于與涂料的潤濕性好,添加到涂料中后與耐火材料一起形成了復合材料,尼龍纖維作為增強材料出現。
選用硅溶膠粘結劑配制背層用涂料,制備鈦合金精鑄用型殼,所制出的型殼不僅具有很好的高溫強度,而且型殼致密、尺寸,能夠滿足薄壁鈦合金精鑄的需要,可以澆注出成型良好的鈦合金鑄件。而對于澆注近無余量的薄壁鈦鋁基合金鑄件來說,采用相同的型殼制備工藝卻無法成形。硅溶膠型殼透氣性及潰散性差,殘留強度大,常常造成薄壁的鈦鋁基合金鑄件在凝固收縮過程中產生裂紋而報廢。
鈦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變形、熱裂、內應力和冷裂等缺陷的主要原因。對于鈦鋁基合金來說,在Ti中加入A1會使其收縮率增加,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 限,那么就會導致鑄件中裂紋的產生。所以對型殼的退讓性要求較高,因此,本實驗對薄壁的鈦鋁基合金鑄件中裂紋產生原因進行了分析,提出 型殼潰散性,降低殘留強度的試驗方案。