阅读说明：本技术 一种合金熔模精密铸造模型材料及其制备方法和应用 (Alloy investment precision casting model material and preparation method and application thereof ) 是由 解宏伟 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及合金熔模精密铸造模型材料技术领域,尤其涉及一种合金熔模精密铸造模型材料及其制备方法和应用。按重量份计,所述模型材料原料组成包括：蜡料45-65份、天然树脂15-30份、线性低密度聚乙烯2-8份。其制备方法为：1)将混合容器预热到不低于40℃时加入蜡料并搅拌,使蜡料熔化；2)继续加热至不低于70℃时加入天然树脂并搅拌,使天然树脂与蜡料充分相溶；3)继续加热至不低于130℃,不高于180℃时,加入聚乙烯并搅拌,使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；最后静置,冷却至室温。该模型材料不仅能够满足航空航天用重要钛合金零部件熔模精密铸造的需要,提高了成品率,而且能够有效改善产品表面质量。(The invention relates to the technical field of alloy investment precision casting model materials, in particular to an alloy investment precision casting model material and a preparation method and application thereof. The model material comprises the following raw materials in parts by weight: 45-65 parts of wax material, 15-30 parts of natural resin and 2-8 parts of linear low-density polyethylene. The preparation method comprises the following steps: 1) preheating a mixing container to be not lower than 40 ℃, adding a wax material, and stirring to melt the wax material; 2) continuously heating to not lower than 70 ℃, adding natural resin and stirring to ensure that the natural resin is fully dissolved with the wax material; 3) continuously heating to not lower than 130 deg.C and not higher than 180 deg.C, adding polyethylene and stirring to make linear low density polyethylene fully dissolve in natural resin and wax; and finally standing and cooling to room temperature. The model material can meet the requirement of investment precision casting of important titanium alloy parts for aerospace, the yield is improved, and the surface quality of products can be effectively improved.)

一种合金熔模精密铸造模型材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及合金熔模精密铸造模型材料技术领域，尤其涉及一种航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料及其制备方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

钛合金熔模精密铸造技术，以其低成本、高效率的特点，广泛应用于航空、航天领域。随着我国国防建设的迅猛发展，提升该技术各个环节的技术水平具有重大意义且迫在眉睫。钛合金熔模精密铸造必须使用特殊的耐火材料和粘结剂，而该技术的关键点之一是蜡模成型技术,优质的蜡基模料是生产精密铸件的前提，蜡基模料的配比直接影响模料的性能和品质，进而影响铸件几何形状的准确性、尺寸的精度、成品率及成本控制等。尤其是应用于航空发动机关键、重要钛合金熔模精密铸造零部件，其模型材料除应具备常规中温模料基本性能外，还必须具备灰分低(≤0.05)、收缩率小(≤0.5％)、流动性好(≥45mm)及表面成形效果好等特点。

目前，熔模精密铸造用模料一般是由蜡料、天然树脂(松香等)和塑料(合成树脂)等配制而成，其综合性能能够满足一般金属材料熔模精密铸造的要求，然而，本发明人进一步研究发现：这类现有的模料不仅稳定性不足，而且不能满足日益增加的航空航天产品在数量、质量、时效性等诸多方面的要求；而且，由于原材料配比等原因，经常导致模型本身容易出现收缩过大、气泡、表面波纹和流线等影响精密铸件质量的致命问题，直接影响产品交付并导致成本过度攀升。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料及其制备方法；该模型材料不仅能够满足航空航天用重要钛合金零部件熔模精密铸造的需要，提高了成品率，而且能够有效改善产品表面质量。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：

首先，本发明公开一种航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料，按重量份计，其原料组成包括：蜡料45-65份、天然树脂15-30份、线性低密度聚乙烯2-8份。

其次，本发明公开所述航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将混合容器预热到不低于40℃时加入蜡料并搅拌，使蜡料熔化；

(2)继续加热至不低于70℃时加入天然树脂并搅拌，使天然树脂与蜡料充分相溶；

(3)继续加热至不低于130℃，不高于180℃时，加入聚乙烯并搅拌，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；

(4)静置，冷却至室温。

最后，本发明公开所述航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料在航空航天领域中的应用。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：采用本发明的模料及其制备方法得到的蜡模表面光洁度高，其良好的流动性使蜡料充型更加饱满，无尺寸及外形缺陷。而且，模料的力学性能显著增强，脱模后不易变形，能够很好地满足航空航天用重要钛合金零部件熔模精密铸造的需要，有效提高成品率。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如前文所述，现有的一些模料已经不能满足日益增加的航空航天产品在数量、质量、时效性等诸多方面的要求；而且，经常导致模型出现收缩过大、气泡、表面波纹和流线等影响精密铸件质量的问题。因此，本发明提出了一种航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料及其制备方法。

在一些典型实施方式中，所述蜡料，即晶质组元，选用石蜡、地蜡等中的任意一种。

在一些典型实施方式中，所述天然树脂，即非晶质组元，选用松香、聚合松香等中的任意一种，优选为特级松香。

需要说明的是，特别要分析所选用松香的结晶状况，松香结晶是影响蜡料质量的主要问题之一，会使蜡料出现絮状物和沉淀小颗粒，直接影响零部件表面质量。在选取时，以如下方法进行检测：取10g松香碎块、10ml丙酮置于试管中，塞紧，溶解，静置。若在15min内有结晶析出，则此松香不能选用；若2h后才有结晶析出，则表明此松香不易结晶，可以使用。

在一些典型实施方式中，按重量份计，所述模型材料的原料组成包括：蜡料48-56份、天然树脂19-24份、线性低密度聚乙烯5-8份。

提高松香的比例能够有效改善和控制模料整体的收缩率；而高比例的线性低密度聚乙烯的添加能够有效增强模料的低温韧性、抗弯曲和耐应力开裂性。另外，本发明还发现采用线性低密度聚乙烯时，其作为结晶形核点能够细化蜡晶体，使蜡膏更加细腻，使蜡模的表面光洁度高，显著改善了铸件产品的表面质量，进一步提高了成品率。

在一些典型实施方式中，所述模型材料的原料组成中还包括0.8-1.6份超细碳酸钙粉和0.5-1.4份超细二氧化硅粉。

对于超细状态下的碳酸钙粉和二氧化硅粉具有良好的表面特性，其能够降低其他组分的表面能，有效增加蜡料、松香和线性低密度聚乙烯之间的相容性，使得到的蜡料具有良好的均匀性，蜡料的均匀性对精密铸件的质量非常重要。另外，碳酸钙粉和二氧化硅能够有效提高蜡料整体的稳定性，尤其是热稳定性，形成的蜡模尺寸稳定，这对于航空领域的精密铸件而言至关重要。

进一步地，根据本发明蜡料制备的工艺原则，即：模料熔化时依据模料各组分的作用和相溶性严格明确各组分加入的顺序，溶剂优先，相溶优先，使模料的各多元组分充分混合，并均匀一致。因此，在聚乙烯溶解后再加入所述超细碳酸钙粉和超细二氧化硅粉，进行充分搅拌，使其均匀地与其他三种组分混合。

在一些典型实施方式中，所述石蜡和松香中灰分含量需控制在0.015％以内，具体测试方法见HB 5350.5-2010。

在一些典型实施方式中，步骤(2)中搅拌时间为5-10min，搅拌时间足够使天然树脂溶解在蜡料中即可。

在一些典型实施方式中，步骤(3)中搅拌时间为20-40min，搅拌时间足够使线性低密度聚乙烯溶解在蜡料和天然树脂中即可。

进一步地，在一些典型实施方式中，步骤(3)中熔化过程最高温度应控制在180℃以下，并将最高温度180℃下的停留时间控制在2-5min之内。

现结合具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

一种制备航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的方法，步骤为：

1、原料选取：选用颗粒状白色固体半精炼石蜡45份，特级松香15份，线性低密度聚乙烯5份，选用Φ300×h500的蜡料配置桶。

2、配置顺序：

(1)将配置桶预热到40℃时加入所述石蜡，使石蜡熔化；

(2)继续加热至70℃时加入所述特级松香并搅拌10min，使特级松香与石蜡充分相溶；

(3)继续加热至130℃时加入聚乙烯，然后加热至160℃后停止加热，搅拌30min，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；静置，冷却至室温,即得。

实施例2

一种制备航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的方法，步骤为：

1、原料选取：选用颗粒状白色固体半精炼石蜡65份，特级松香30份，线性低密度聚乙烯2份，选用Φ300×h500的蜡料配置桶。

2、配置顺序：

(1)将配置桶预热到45℃时加入所述石蜡，使石蜡熔化；

(2)继续加热至70℃时加入所述特级松香并搅拌10min，使特级松香与石蜡充分相溶；

(3)继续加热至135℃时加入聚乙烯，然后加热至170℃后停止加热，搅拌40min，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；静置，冷却至室温,即得。

实施例3

一种制备航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的方法，步骤为：

1、原料选取：选用颗粒状白色固体半精炼石蜡48份，特级松香24份，线性低密度聚乙烯5份，选用Φ300×h500的蜡料配置桶。

2、配置顺序：

(1)将配置桶预热到40℃时加入所述石蜡，使石蜡熔化；

(2)继续加热至75℃时加入所述特级松香并搅拌5min，使特级松香与石蜡充分相溶；

(3)继续加热至130℃时加入聚乙烯，然后加热至160℃后停止加热，搅拌30min，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；然后继续加热至180℃并保温2min后停止加热，静置，冷却至室温,即得。

实施例4

一种制备航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的方法，步骤为：

1、原料选取：选用颗粒状白色固体半精炼石蜡56份，特级松香19份，线性低密度聚乙烯8份，选用Φ300×h500的蜡料配置桶。

2、配置顺序：

(1)将配置桶预热到50℃时加入所述石蜡，使石蜡熔化；

(2)继续加热至75℃时加入所述特级松香并搅拌8min，使特级松香与石蜡充分相溶；

(3)继续加热至140℃时加入聚乙烯，然后加热至160℃后停止加热，搅拌30min，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；静置，冷却至室温,即得。

实施例5

一种制备航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的方法，步骤为：

1、原料选取：选用颗粒状白色固体半精炼石蜡56份，特级松香19份，线性低密度聚乙烯8份，超细碳酸钙粉1.6份，超细二氧化硅粉0.5份，选用Φ300×h500的蜡料配置桶。

2、配置顺序：

(1)将配置桶预热到40℃时加入所述石蜡，使石蜡熔化；

(2)继续加热至70℃时加入所述特级松香并搅拌8min，使特级松香与石蜡充分相溶；

(3)继续加热至130℃时加入聚乙烯，然后加热至170℃后停止加热，搅拌30min，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；

(4)继续加热至170℃，然后加入超细碳酸钙粉和超细二氧化硅粉，搅拌15min，使其均匀地与其他三种组分混合；最后，静置，冷却至室温,即得。

实施例6

一种制备航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的方法，步骤为：

1、原料选取：选用颗粒状白色固体半精炼石蜡56份，特级松香19份，线性低密度聚乙烯8份，超细碳酸钙粉1.0份，超细二氧化硅粉1.2份，选用Φ300×h500的蜡料配置桶。

2、配置顺序：

(1)将配置桶预热到50℃时加入所述石蜡，使石蜡熔化；

(2)继续加热至75℃时加入所述特级松香并搅拌8min，使特级松香与石蜡充分相溶；

(3)继续加热至140℃时加入聚乙烯，然后加热至160℃后停止加热，搅拌30min，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；

(4)继续加热至160℃，然后加入超细碳酸钙粉和超细二氧化硅粉，搅拌15min，使其均匀地与其他三种组分混合；最后，静置，冷却至室温,即得。

实施例7

一种制备航空发动机用钛合金熔模精密铸造模型材料的方法，步骤为：

1、原料选取：选用颗粒状白色固体半精炼石蜡56份，特级松香19份，线性低密度聚乙烯8份，超细碳酸钙粉0.8份，超细二氧化硅粉1.4份，选用Φ300×h500的蜡料配置桶。

2、配置顺序：

(1)将配置桶预热到40℃时加入所述石蜡，使石蜡熔化；

(2)继续加热至70℃时加入所述特级松香并搅拌8min，使特级松香与石蜡充分相溶；

(3)继续加热至130℃时加入聚乙烯，然后加热至170℃后停止加热，搅拌30min，使线性低密度聚乙烯与天然树脂、蜡料充分相溶；

(4)继续加热至170℃，然后加入超细碳酸钙粉和超细二氧化硅粉，搅拌15min，使其均匀地与其他三种组分混合；最后，静置，冷却至室温,即得。

性能测试：

根据HB 5350.5-2010中标准对实施例1-7制备的模料的主要技术指标进行测试，结果如表1所示。

实施例序号	1	2	3	4	5	6	7
								抗弯强度/MPa	5.7	4.3	6.4	6.6	5.9	6.0	6.3
线收缩率/％	0.28	0.36	0.19	0.22	0.25	0.21	0.29
								灰分/％	0.032	0.019	0.038	0.026	0.021	0.033	0.037
表面硬度测定值/％	5.8	6.3	5.6	5.9	7.1	7.4	6.8
								流动性好/mm	53	48	57	61	55	64	59
热稳定性/℃	39	42	43	40	58	61	63

从表1可以看出，本发明制备的模料的灰分低(≤0.05)、收缩率小(≤0.5％)、流动性好(≥45mm)，完全具备中温模料的性能要求。同时，也可以看出加入碳酸钙粉和二氧化硅粉后蜡料的热稳定性得到了显著提升。另外，本发明还测定了实上述施例制备的模料的涂挂性能，结果显示涂挂质量优于其他一些市售的中温模料，并且涂挂均匀

经过实际应用与铸造某型号的航空航天用钛合金零件后，结果显示，选用本发明方法制备的蜡膏更加细腻，蜡模表面非常光洁度，而且具有良好的流动性，充型饱满，无尺寸及外形缺陷；模料脱模后也没有明显的变形。

可以得出：本发明制备的模料能够很好地满足航空航天用钛合金零部件熔模精密铸造的需要，能够有效保证良好的成品率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。