钛合金精密铸造用氧化钙基陶瓷型芯技术研究

1144766066 · 发表于 2022-4-19 21:03:07

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雅宝题库解析：
熔模铸造可有效地实现具有复杂内腔结构铸件的生产，在航空航天领域中得到广泛应用。在铸造钛合金部件时，需要采用预制陶瓷型芯来形成其所需的内腔结构。陶瓷型芯对于铸件内腔结构的形状、尺寸精度有着至关重要的作用，因此陶瓷型芯技术在钛合金精密铸造领域起着举足轻重地作用。而陶瓷型芯目前广泛存在的题目在于浇铸后难以成功去除铸件中的型芯，所以如何有效去除型芯成为了熔模铸造的热点题目之一。本课题选择以氧化钙作为新型钛合金铸造用陶瓷型芯的骨料，分别从骨料处理、粉体粒度级配、型芯制备工艺以及烧结工艺等几方面对氧化钙基陶瓷型芯的制备进行了探索，及不同制度对陶瓷型芯的室温强度、烧成收缩率、高温挠度、孔隙率、化学反应活性等重要性能参数的影响进行了研究。研究表明，氧化钙基陶瓷型芯的室温强度根据工艺的不同可达11.6-23.9MPa；其烧成收缩率在1.5-4.5%范围内可控；1300℃下高温挠度为0。通过对陶瓷粉体骨料进行不同温度的预烧结可有效降低陶瓷型芯终烧时的烧成收缩；同时获得足够高的抗弯强度。随着预处理温度的提高，型芯的烧结程度下降。从而控制型芯的最终表现性能，如烧成收缩率随之降低、室温强度降低以及高温挠度提高。经实际使用直径为Φ4mm的试样进行离心浇铸实验，实验结果表明型芯在铸件壁厚为2-11mm的条件下可正常工作。验证了此种型芯具有良好的抗冲击性，说明其具有足够的高温强度抵御熔融钛的冲击。同时，型芯试样与TC4钛合金无化学反应发生，铸件内腔表面光洁度良好，氧元素污染层小于50μm。本文还对氧化钙陶瓷型芯的粉体烧结过程进行了分析，建立了固相烧结的热力学、动力学模型。热力学模型可用公式∆G^0=-RT lnK=240998-150.7T表示，并给出了在900-1500℃范围内氧化钙粉体发生固相烧结时的热力学常数。同样温度范围内，陶瓷粉体烧结动力学模型则可用公式∆l/a=8ΩΔt(Aexp((-Q_ob)⁄RT) ((2a+x))/x^3 +Bexp((-Q_ov)⁄RT)((2a+x)^2/〖2a〗^2 φ-1) )/(kTax-8ΩBexp((-Q_ov)⁄RT)Δt)来对烧成收缩率进行表征。经过验证表明，此模型与实际所发生的烧成收缩结果符合较好，可以在一定范围内实现烧成收缩的预测。

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