的氣泡和差的表面光潔度。鑄件材料中的自由氧化鋁是較不期望的，因為其可與鈦和鈦鋁合金活潑地反應(yīng)。
[0106]如果接合劑中的氧化鈣按重量計算大于50%，則鑄件對水和二氧化碳的從環(huán)境的吸收量可為敏感的。因此，熔模鑄模中的氧化鈣濃度可典型地保持為低于50%。在一個實施例中，熔模鑄模主體中的氧化鈣濃度按重量計算在10%和50%之間。在一個實施例中，熔模鑄模主體中的氧化鈣濃度按重量計算在10%和40%之間。備選地，熔模鑄模主體中的氧化鈣濃度按重量計算可在25%和35%之間。在一個實施例中，表面涂層中的CaO的成分按重量計算在20%到40%之間。在另一實施例中，鑄模的表面涂層中的氧化鈣濃度按重量計算在15%和30%之間。
[0107]在鑄造熔融金屬或合金之前，通常將熔模鑄模預(yù)加熱至鑄模鑄造溫度，該鑄模鑄造溫度取決于特定構(gòu)件幾何形狀或待鑄造的合金。例如，典型的鑄模預(yù)加熱溫度為600攝氏度。通常，鑄模溫度范圍為450攝氏度到1200攝氏度；優(yōu)選的溫度范圍為450攝氏度到750攝氏度，并且在某些情況下，為500攝氏度到650攝氏度。
[0108]根據(jù)一個方面，使用常規(guī)技術(shù)(其可包括重力、反重力、壓力、離心力、和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他鑄造技術(shù))將熔融金屬或合金澆鑄到鑄模中?？墒褂谜婵栈蚨栊詺怏w氣氛。對于復(fù)雜形狀薄壁幾何形狀，優(yōu)選使用高壓的技術(shù)。在凝固的鈦鋁或合金鑄件典型地冷卻至小于650度(例如，冷卻至室溫)之后，其可從鑄模移除并且使用常規(guī)技術(shù)(諸如，噴砂、和拋光)來精加工。
[0109]本公開的一個方面是用于鈦和鈦合金的鑄造方法，其包括:(a)獲得包括六鋁酸鈣、鋁酸鈣接合劑、和氧化鋁的熔模鑄造鑄模成分，該熔模鑄造鑄模成分通過以下而產(chǎn)生:將六鋁酸鈣和鋁酸鈣接合劑與液體結(jié)合以產(chǎn)生具有大約65%到大約80%的固體百分比的六鋁酸鈣-鋁酸鈣接合劑混合物的初始漿料，并且將大尺度氧化鋁顆粒添加到該初始漿料中以形成最終漿料，該最終漿料包括具有大尺度氧化鋁顆粒的六鋁酸鈣-鋁酸鈣接合劑混合物，使得該最終漿料中的固體百分比為大約75%到大約95% ; (b)將熔模鑄造鑄模成分澆鑄到包含易消耗模的容器中；(c)使熔模鑄造鑄模成分固化；(d)從鑄模移除易消耗模；(e)煅燒鑄模；(f)將鑄模預(yù)加熱至鑄模鑄造溫度；(g)將熔融的鈦或鈦合金澆鑄到加熱的鑄模中；(h)使熔融的鈦或鈦合金凝固且形成凝固的鈦或鈦合金鑄件；和(i)從鑄模移除凝固的鈦或鈦合金鑄件。在一個實施例中，要求保護通過如在本文中所教導(dǎo)的鑄造方法制造的鈦或鈦合金物品。
[0110]在從鑄模移除易消耗模和將鑄模預(yù)加熱至鑄模鑄造溫度之間，首先將鑄模加熱或煅燒至大約600攝氏度到大約1400攝氏度的溫度(例如，大約950攝氏度或更高)，且然后冷卻至室溫。
[0111]在一個實施例中，在低于大約30攝氏度的溫度下實施固化步驟以一小時到48小時之間。易消耗模的移除包括熔化、分解、點燃、烤爐脫蠟、熔爐脫蠟、蒸汽高壓釜脫蠟、或微波脫蠟的步驟。
[0112]在一個實施例中，在從鑄模移除鈦或鈦合金之后，可用噴砂或拋光來精加工鑄件。在一個實施例中，在從鑄模移除凝固的鑄件之后，通過X射線來檢查其。
[0113]在鑄造和加工之后，凝固的鑄件經(jīng)歷表面檢查和X射線放射照相術(shù)，以探測鑄件內(nèi)的任何場所處的任何表面下夾雜物顆粒。采用X射線放射照相術(shù)以發(fā)現(xiàn)不能通過鑄件外表面的視覺檢查來探測的夾雜物。鈦鋁鑄件經(jīng)歷使用常規(guī)X射線設(shè)備的X射線放射照相術(shù)(膠卷或數(shù)碼)，以提供X射線放射照片，其然后檢查或分析以確定在鈦鋁鑄件內(nèi)是否存在任何表面下夾雜物。
[0114]本公開的另一方面是用于形成用于鑄造含鈦物品的鑄造鑄模的方法。該方法包括:將六鋁酸鈣和鋁酸鈣接合劑與液體(諸如水)結(jié)合，以產(chǎn)生液體中的六鋁酸鈣-鋁酸鈣接合劑的漿料；將該漿料加入到包含易消耗模的容器中；和允許該漿料在鑄模腔中固化，以形成含鈦物品的鑄模。在一個實施例中，該方法還包括在將漿料加入到鑄模腔中之前，將氧化物顆粒(例如中空氧化物顆粒)加入至漿料。
[0115]形成的鑄?？蔀槲醇庸よT模，并且該方法還包括煅燒該未加工鑄模。在一個實施例中，鑄造鑄模包括例如，用于鑄造含鈦物品的熔模鑄造鑄模。在一個實施例中，含鈦物品包括鈦鋁物品。在一個實施例中，熔模鑄造鑄模成分包括用于鑄造近凈形鈦鋁物品的熔模鑄造鑄模成分。近凈形鈦鋁物品可包括近凈形鈦鋁渦輪葉片。在一個實施例中，本公開涉及由含鈦物品鑄造鑄模成分形成的鑄模，如在本文中所教導(dǎo)的。本公開的另一方面涉及在前述鑄模中形成的物品。
[0116]本公開的又一方面是通過鑄造方法制造的鈦或鈦合金鑄件，該方法包括:獲得包括六鋁酸鈣、鋁酸鈣接合劑、和氧化鋁的熔模鑄造鑄模成分；將熔模鑄造鑄模成分澆鑄到包含易消耗模的容器中；使熔模鑄造鑄模成分固化；從鑄模移除易消耗模；煅燒鑄模；將鑄模預(yù)加熱至鑄模鑄造溫度；將熔融的鈦或鈦合金澆鑄到加熱的鑄模中；使熔融的鈦或鈦合金凝固以形成鑄件；和從鑄模移除凝固的鈦或鈦合金鑄件。在一個實施例中，獲得的用于在該方法中使用的熔模鑄造鑄模包括如在本文中所述的表面涂層，該表面涂層可為固有表面涂層。在一個實施例中，本公開涉及通過在此申請中教導(dǎo)的鑄造方法而制造的鈦或鈦合金物品O
[0117]表面粗糙度是表現(xiàn)鑄件和加工部分的表面完整性的重要指標(biāo)之一。表面粗糙度由中心線平均粗糙度值“Ra”，以及通過光學(xué)檢查儀測量的指定區(qū)域中的平均峰至谷距離“Rz”來表現(xiàn)。粗糙度值可在輪廓或表面上計算。輪廓粗糙度參數(shù)(Ra、Rq、…)更常見。使用用于描述表面的公式來計算各粗糙度參數(shù)。存在使用的許多不同粗糙度參數(shù)，但是目前為止Ra是最常見的。
[0118]以高度單位來表達平均粗糙度Ra。在帝國(英國)系統(tǒng)中，I Ra典型地表示“百萬分之一”英寸。這還稱作“微英寸”。在本文中指示的Ra值指微英寸。為70的Ra值對應(yīng)于近似2微米；并且為35的Ra值對應(yīng)于近似I微米。通常要求高性能物品(諸如渦輪葉片、渦輪導(dǎo)葉/噴嘴、渦輪增壓器、往復(fù)式發(fā)動機閥、活塞等)的表面具有大約20或更小的Ra。本公開的一個方面是渦輪葉片，該渦輪葉片包括鈦或鈦合金且跨過其表面區(qū)域的至少一部分具有小于20的平均粗糙度Ra。
[0119]當(dāng)將熔融金屬被加熱得越來越高時，它們趨向于變得越來越具有反應(yīng)性的(即，經(jīng)歷與鑄模表面的不必要的反應(yīng))。這種反應(yīng)導(dǎo)致污染金屬部分的雜質(zhì)的形成，這導(dǎo)致各種有害結(jié)果。雜質(zhì)的存在改變金屬的成分，使得其可能不滿足期望的標(biāo)準(zhǔn)，從而不允許使用該鑄造件以用于意圖的應(yīng)用。而且，雜質(zhì)的存在可不利地影響金屬材料的機械特性(例如，降低金屬的強度)。
[0120]此外，這種反應(yīng)可導(dǎo)致表面紋理(諸如凹陷、多孔性和粗糙度)，這導(dǎo)致鑄造件的表面上的顯著、非期望的粗糙度。例如，使用如本領(lǐng)域已知的表面粗糙度值Ra以用于表現(xiàn)表面粗糙度，利用不銹鋼合金和/或鈦合金的鑄造件在良好的工作調(diào)節(jié)通常呈現(xiàn)大約100和200之間的Ra值。
[0121]本公開的一個方面涉及用于鑄造含鈦物品的鑄模成分，其包括六鋁酸鈣和鋁酸鈣接合劑。鑄模成分還包括中空氧化鋁顆粒。該物品包括金屬物品。在一個實施例中，該物品包括含鈦鋁物品。在另一實施例中，該物品包括鈦鋁渦輪葉片。在又一實施例中，該物品包括近凈形鈦鋁渦輪葉片。在安裝之前，該近凈形鈦鋁渦輪葉片可需要移除很少的材料或者不需要移除材料。
[0122]示例
可通過參照下列示例更容易地理解已大體描述的本公開，它們被包括以僅用于例示本公開的某些方面和實施例，并且不意圖以任何方式限制本公開。
[0123]圖1和2為示出本公開的鑄模的各種實施例的示意圖。圖1示出具有主體20和腔40的鑄模10，其中主體20包括六鋁酸鈣和鋁酸鈣接合劑。圖2示出鑄模10，鑄模10具有主體20、腔40和配置在主體20與腔40之間的固有表面涂層30，其中主體20和固有表面涂層二者都包括，但以不同的量或比率包括六鋁酸鈣和鋁酸鈣接合劑。
[0124]熔模鑄模成分和配方
六鋁酸鈣和鋁酸鈣接合劑與氧化鋁混合，以生成熔模鑄?；旌衔铮⑶覝y試了許多熔模鑄?；瘜W(xué)性質(zhì)。在一個示例中，熔模混合物由六鋁酸鈣和具有70%氧化鋁和30%氧化鈣的鋁酸鈣接合劑、氧化鋁顆粒、水和膠態(tài)硅石組成。
[0125]鑄模制備的一個實施例如下所示:通過在容器中混合接合劑、水、和膠態(tài)硅石混合來制備鑄?；旌衔铩?yōu)選地使用高剪切形式的混合物。如果未適當(dāng)?shù)鼗旌?，則鋁酸鈣接合劑混合物可膠凝。當(dāng)接合劑在混合物中懸浮時，添加氧化鋁顆粒。當(dāng)細小尺度氧化鋁顆粒與接合劑完全地混合時，添加六鋁酸鈣顆粒且將其與漿料混合。當(dāng)細小尺度六鋁酸鈣顆粒與接合劑完全地混合時，添加較大尺度(例如0.5-1.0 mm)氧化鋁顆粒且將其與接合劑-氧化鋁配方混合。最終混合物的黏度是要考慮的要素；其應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地不過低或過高。在混合之后，將熔?；旌衔镆允芸氐姆绞綕茶T到包含易消耗模(諸如蠟?zāi)?的容器中。該容器提供鑄模的外部幾何形狀，并且該易消耗模生成內(nèi)部幾何形狀。正確的澆鑄速度是要考慮的要素，如果其太快，則空氣可被截留在鑄模中，如果其太慢，則可發(fā)生接合劑和氧化鋁顆粒的分離。
[0126]如在圖3中所示的，在一個實施例中，本公開的方法100包括提供六鋁酸鈣-鋁酸鈣接合劑混合物的初始漿料(110)。該初始漿料中的固體百分比為大約65%至大約80%，并且該初始漿料的黏度為大約30到大約300厘泊。在一個實施例中，將大尺度氧化物顆粒添加到初始漿料中，以形成最終漿料，該最終漿料包括具有大尺度氧化物顆粒的六鋁酸鈣-鋁酸鈣接合劑混合物，使得該最終漿料中的固體百分比為大約75%到大約95%(120)。該最終漿料被導(dǎo)入到包含易消耗模的鑄模腔中(130)。允許該最終漿料在鑄模腔中固化，以形成用于鑄造鈦或含鈦物品的鑄模(140)。
[0127]在圖4所示的另一實施例中，方法200包括獲得包括六鋁酸鈣、鋁酸鈣接合劑、和氧化鋁的熔模鑄造鑄模成分(210)。在一個示例中，熔模鑄模成分是通過將六鋁酸鈣和鋁酸鈣接合劑與液體結(jié)合以產(chǎn)生具有大約65%到大約80%的固體百分比的六鋁酸鈣-鋁酸鈣接合劑混合物而產(chǎn)生。然后將大尺度氧化鋁顆粒添加到初始漿料中，以形成最終漿料。最終漿料包括具有大尺度氧化鋁顆粒(諸如>50微米)的最終六鋁酸鈣-鋁酸鈣接合劑混合物，使得最終漿料中的固體百分比為大約75%到大約95%。將熔模鑄造鑄模成分澆鑄到包含易消耗模的容器中(220)。使該熔模鑄造鑄模固化，從而提供鑄造鑄模成分(230)。從鑄模移除易消耗模(240)，并且煅燒鑄模(250)。將鑄模預(yù)加熱至鑄模鑄造溫度(260)，并且將熔融的鈦或鈦合金澆鑄到加熱的鑄模中(270)。使熔融的鈦或鈦合金凝固且形成凝固的鈦或鈦合金鑄件(280)。最后，從鑄模移除凝固的鈦或鈦合金鑄件(290)。
[0128]六鋁酸鈣通常作為具有小于100微米的大小的顆粒加入。用于在本公開中所描述的示例的六鋁酸鈣粉末在一些情形下具有43微米的最大顆粒大小，并且在描述的一些示例中小于20微米。大尺度氧化鋁(諸如大于50微米)可作為氧化鋁顆?；蜓趸X空心球而加入。該顆?？删哂卸喾N幾何外形，諸如圓顆粒、或不規(guī)則聚體。大尺度氧化鋁顆粒大小可小為50微米并且大為10 mm。優(yōu)選地，氧化鋁由圓顆粒和空心球二者組成，因為這些幾何外形降低了熔模鑄模混合物的黏度。降低的黏度改善了由鑄模產(chǎn)生的最終鑄件的表面特征的表面光潔度和重現(xiàn)精度。鋁酸鈣接合劑微粒通常具有小于50微米的顆粒大小。出于以下三個原因，小于50微米的顆粒大小為優(yōu)選的:第一，細小顆粒尺寸在鑄模混合和固化期間促進水硬性粘結(jié)的形成，第二，細小顆粒大小可在煅燒期間促進顆粒間燒結(jié)，并且這可增加鑄模強度，且第三，細小顆粒大小改善了表面光潔度。鋁酸鈣接合劑粉末可以以其固有形式、或以聚集的形式(諸如噴霧干燥聚體)使用。鋁酸鈣接合劑還可在與較大尺度的氧化鋁混合之前同細小尺度(< 10微米)氧化鋁預(yù)混合；該細小尺度氧化鋁可提供因高溫煅燒期間的燒結(jié)引起的強度增大。類似地，六鋁酸鈣微粒通常具有小于100微米，并且優(yōu)選地小于50微米的顆粒大??；在該大小下，其可與鋁酸鈣顆粒密切地混合，并且其可有助于表面涂層的性能。具有小于100微米的大小的六鋁酸鈣顆粒可改善鑄模和后來的鑄件構(gòu)件的表面光潔度。
[0129]六鋁酸鈣通常作為具有小于100微米的大小的顆粒而加入。用于在本公開中所描述的示例的六鋁酸鈣粉末在一些情形下具有43微米的最大顆粒大小，并且在描述的一些示例中小于20微米。
[0130]在第一個示例中，用于制作熔模鑄模的漿料混合物由1354g商業(yè)摻合的80%鋁酸鈣接合劑組成。鋁酸鈣接合劑標(biāo)稱地由與氧化鋁摻合的70%鋁酸鈣接合劑組成，以將成分調(diào)節(jié)為80%氧化鋁。使用820.5g脫離子水和90.5g膠態(tài)硅石產(chǎn)生具有61%的初始固體含量的接合劑漿料。典型合適的膠態(tài)硅石包括Remet LP30, Remet SP30, Nalcol030。當(dāng)將漿料混合至可接受的黏度時，將1354g具有小于20微米的大小范圍的六鋁酸鈣、CA6添加至漿料。添加了六鋁酸鈣的混合物的固體含量為75.6%。當(dāng)將漿料混合至可接受的黏度時，將具有小于0.85mm且大于0.5mm的大小范圍的1472g氧化銷空心球添加至楽料。在混合之后，將熔模鑄模混合物以受控的方式澆鑄到鑄模容器中。最終鑄模混合物的固體含量為82.6%。將鑄?；旌衔镆粤钊藵M意的黏度和流變性良好地澆鑄。在固化之后，模制的部分具有良好的強度和均勻的成分。
[0131]在1000°C的溫度下煅燒鑄模4小時。不具有水的最終鑄模成分包含32.2%的摻合的鋁酸鈣接合劑、32.2%的六鋁酸鈣、和35%的氧化鋁空心球以及0.6%的硅石。獲得的鑄模與通過常規(guī)技術(shù)所教導(dǎo)的那些相比降低了自由氧化鋁活性