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    精密铸 造技术在国外航空工业中的研究应用情况

    作者:高新铸业 日期:2019-01-20
    内容摘要:铸造技 术是一门占老的、传统的工艺技术。在航空工业中,各类高温合金、钦合金、铝合金 复杂薄壁整体构件的精密铸造技术应用广泛,是航空 工业中的关键制造技术之一。

    铸造技 术是一门占老的、传统的工艺技术。在航空工业中,各类高温合金、钦合金、铝合金 复杂薄壁整体构件的精密铸造技术应用广泛,是航空 工业中的关键制造技术之一。

    铸造的 鲜明特点是成形构件的尺寸、组织和 性能等受控于铸造工艺方法和成形过程。先进精 密铸造技术在传统理论和方法的基础上,与自动控制、计算机 仿真等先进技术相结合,向理论指导、过程控 制和整体近净成形的方向发展。

    在航空工业中,复杂薄壁的高温合金、钦合金、铝合金 整体精密铸件是飞机发动机和机体中的关键构件,这些构件形状尺寸、组织结 构和性能直接影响飞机和发动机的性能、结构重量系数、寿命和 制造成木等各种重要指标。因此,精密铸 造技术是先进航空装备和民用航空产品向轻量化、精确化、长寿命、低成木 方向发展的重要技术基础。

    欧美等 工业发达国家综合应用现代新材料、新技术,在丰富 成形基础理论的基础上,不断研 究和开发新工艺技术,对精密 铸造这一难以控制的成形工艺过程进行控制,研制了大量优质、复杂、整体精密构件,广泛应 用于航空装备中,以提高 部件整体结构性能和可靠性,减轻结构重量,降低制造成木,缩短制造周期,满足航 空装备的研制生产和发展的需要。

    1高温合 金精密铸造技术

    高温合 金精密铸造技术主要应用于航空发动机关键热端部件制造,如航空发动机叶片、整体涡轮盘、整体机匣等。20世纪70年代,美、英、苏等发 达国家率先成功研究高温合金近净形熔模精密铸造技术,并应用于工业化生产。随着后 来的热等静压技术、高温合 金过滤净化技术的发展,高温合 金熔模铸件的冶金缺陷大大减少,性能显著提高。近年来 计算机技术的应用,更提高 了熔模铸件生产的成品率和可靠性,定向空 心叶片生产合格率达到90%以上,单晶空 心叶片生产合格率达到80%。而随着 发动机推重比的不断升级换代,其关键 热端部件的结构和材料发生了巨大的变化,结构向整体、薄壁空心方向发展,要求使 用的材料具有更高承温能力的同时必须具有更好的抗腐蚀性能、更长的 持久寿命以及更低的成本。

    1)在航空 发动机叶片方面。

    自20世纪80年代以来,国外对 发动机的关键热端部件—涡轮工 作叶片和导向叶片的结构、材料及 制造技术进行了深入的研究,已相继 研制出具有高效气冷效果的叶片冷却系统、材料和制造技术,制造的 部件已经通过了发动机的全而考核。一直在 致力于研究高推重比发动机的关键热端部件—Lamilloy和壁冷 单晶叶片的结构与制造技术,并已将 真实的铸造叶片用于发动机的试验。20世纪90年代中后期,Allision公司研 究出了集合多孔层板冷却孔制造技术、精密铸 造技术以及材料技术,铸造出 了具有高冷效的单晶Lamilloy合金涡轮叶片。技术为采用Cast Cool铸造技 术将超气冷单晶叶片一次铸成。俄罗斯 在现有发动机的高压涡轮叶片壁上添加冷却通道,研究出 了高效气冷单晶空心叶片的精密铸造技术。

    2)在航空 发动机叶盘精密铸造方面。先进航 空发动机中叶盘需整体铸造,其叶片 为定向结晶组织,而轮盘 组织为细晶组织,这种双性能整体叶盘(DS/GX)是新一 代航空发动机涡轮的发展趋势。Howmet,罗·罗等于20世纪80年代开 始了双性能整体叶盘材料与精密铸造技术研究,并于20世纪末 成功开发了与之相关的成套铸造技术及熔铸设备技术,成功整 铸出了叶片为定向柱晶、轮盘为 等轴细晶的整体叶盘,将现有 燃气涡轮发动机的使用寿命提高2一3倍,发动机功率增加7. 3%。

    3)在高温 合金整体结构件方面。20世纪末期由Carret, PCC公司等 研究出的大件整铸技术(第二代整铸技术),即热控凝固工艺技术,它是通 过将铸件合金凝固结晶前沿的温度梯度和冷却速率控制在等轴晶区域内实现了对大型复杂薄壁构件内部致密度一晶粒度一组织的原位复合控制的技术突破和创新,整铸出较大尺寸达1027mm,最小壁厚为0. 8一1. 2mm,晶粒度控制在1一5m。的发动 机机匣类结构件。该技术 的突出点是整铸过程中实现了致密充填与晶粒度细化复合控制,同时合 金材料的利用率提高了50%以上。

    不锈钢 精密铸造具有尺寸精度高、表面质量好等优点,并且熔 模铸造是一项被广泛采用的少、无切削的先进工艺,该工艺 简单来说就是用易熔材料制成可熔性模型熔模铸造中最重要的一个步骤是浇注成型,那么不 锈钢精密铸造有哪些常见的浇注方法呢?

    1.定向结晶

    一些熔 模铸件如涡轮机叶片、磁钢等,如果它 们的结晶组织是按一定方向排列的柱状晶,它们的 工作性能便可提高很多,所以熔 模铸造定向结晶技术正迅速地得到发展。

    2. 压力下结晶

    将型壳 放在压力罐内进行浇注,结束后,立即封闭压力罐,向罐内 通入高压空气或惰性气体,使铸件在压力下凝固,以增大铸件的致密度。

    3.真空吸气浇注

    将型壳 放在真空浇注箱中,通过型 壳中的微小孔隙吸走型腔中的气体,使液态 金属能更好地充填型腔,复制型腔的形状,提高铸件精度,防止气孔、浇不足的缺陷。

    4.热型重力浇注

    这是用 得最广泛的一种浇注形式,即型壳 从焙烧炉中取出后,在高温下进行由浇注。

    不锈钢 精密铸造气孔的避免具体介绍如下:

    1、涂料的 透气性差或许负压不足,充填砂的透气性差,不能及 时排出型腔内的气体及残留物。

    2、浇注速度太慢,未能充溢浇口杯,露出直浇道,卷进空气,吸入渣质,构成携裹气孔和渣孔。

    3、泡沫模 型气化分化生成很多的气体及残留物不能及时排出铸型,泡沫、涂料层 填充干砂的枯燥不良。

    4、因为浇 注体系规划不合理,金属液 的充型速度大于泡沫气化让步及气体排出速度,构成充 型前沿将气化残留物包夹在金属液体中再次气化构成内壁烟黑色的分化气孔。

    5、浇口杯 与直浇道以及浇注体系之间的衔接处密封欠好,尤其是 直浇道与浇口杯的衔接密封欠好。

    6、型砂的粒度太细,粉尘含量高,透气性差,负压管 道内部阻塞构成负压度失真。

    7、钢水脱氧不良、炉台、炉内、包内除渣不净,镇静时刻过短,浇注过程中挡渣不力,浇注技 术不合理构成渣孔。

    8、浇注温度低,充型前 沿金属液不能使泡沫充沛气化,剩余物 质来不及浮集到冒口而凝结在铸件中构成气孔。


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