宇航工业中先进的铸造技术

时间:2017-11-06 16:06 编辑:澳门新葡萄京官网首页 点击:

  在航空航天制造中,用整体铸件代替锻件及机械加工组合件,取得了十分明显的经济效益,并且减少了产品的重量。由于整体铸造技术的发展提供了   、大尺寸、高精度的整体铸件,所以它成为宇航制造中   有吸引力的工艺技术之一。要获得   高温合金大型薄壁铸件,关键技术如下:提高铸件表面质量和尺寸精度的制模、制壳技术:获得   铸件的熔炼、浇注成形技术以及选择   材料和先进设备。
1、熔模精铸常用的模料
为了保证大型薄壁铸件的尺寸精度和表面质量,一般应选用热稳定性好、强度高、流动性好、膨胀收缩小的   材料。按模料的基体材料组成,可分为蜡基模料、树脂基模料、塑料模料、填衬模料及水溶性模料。其中蜡基模料和树脂模料已被广泛使用,性能日益完善,这里主要先容后三种模料:1)水溶性模料适用于生产大型薄壁精铸件,主要水溶性模料有尿素基水溶性模料、纯尿素模料、尿素—聚合物模料、聚乙醇基模料(由于价格高,故只作水溶性型芯而不作熔模)。日本现制出适于在0.7~1.5MPa范围内压注成型,甚至可自由浇注的水溶性模料和DRN-1177模料。2)填衬模料分为气体、液体和固体物质填料三种,但因气体填料对熔模的表面粗糙度产生影响,故很少应用:液体填料受到温度控制,应用也不多。英国主要有水乳状液填料和水—塑料填料,只是在整体涡轮等整体组合铸件生产上使用。应用   多的是固体模料,尤其是   在精铸模料中大约一半以上都是加有固体粉末填料。3)塑料模料主要是聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)。由于该模料具有以下特点:a、密度和强度可根据发泡条件适当改变;b、线膨胀系数约为蜡模的1/10;c、吸湿性小;d、用有机溶剂容易粘接;e、易燃烧,便于脱模等特性。因此,近年来国外在精铸件生产中应用越来越多,前苏联早在70年代末就将该模料用于大型铸件的生产,在   的应用也非常广泛。
2、制模、制壳技术
要获得高温合金大型薄壁铸件,制壳工艺是一道很关键的工序。铸型首先要有稳定的材料做保证,其次在制壳工艺上要有相应的保证措施,如大型型壳应有较大的断裂模数,从结构上不应是整体而以分层结构为佳,制作大型型壳粘结剂硅溶胶中的SiO2含量应高(当胶粒直径为14mm时,SiO2含量应达到30%)、高聚物5%,涂料粘度应大一些,粉液比高一些、制壳干燥时间需要长一些。
   TRW企业在制造大型薄壁铸件时,为了保证大型薄壁铸件的尺寸和表面质量,在制壳上采用型壳分割工艺,该工艺包括,将一个完整型壳分割成若干部分,然后形成内部型面和外部型面。
   Howent企业在生产某产品的大型框架时也采用了型壳分割工艺,将型壳分割成6个部分,再用陶器帽把这些分割部分固定在一起。涂制小截面的分割型壳是为了方便蜡模和型壳制作,并可以对每个型壳分割部分进行检查、修理和   换。
要提高制模、制壳技术,不仅需要好的工艺方法,还   有相适应的先进设备。目前日本研制出大型压蜡机,   大合型力达300KN:英国Deritend企业用装有专家系统App、高自动化的机器人来制造   复杂的型壳,生产出了   、整体、公差均匀、壁厚小于lmm的铸件。型壳采用真空干燥、热气流干燥等工艺,脱蜡采用微波技术:   TEMPCRAFT企业生产的V-3002型压蜡机。MPI企业还研制出用于压蜡机的高水平微机控制系统。   还开发了自动组模机器人,被称为熔模铸造中的柔性制造系统(FMS)。在铸造生产中实现制模、制壳自动化,可以提高产品质量,提高工作效率,改善工作环境。
3、熔炼及浇注成形
熔炼及浇注成形是获得   铸件的关键程序之一。在合金熔炼过程中,由于铝合金液的严重吸气和氧化形成的各种夹杂物,使铸坯或铸件凝固时产生各种缺陷,轻则影响机械、加工及热处理性能,重则导致报废,危害甚大。因此,在浇注成形前   精炼处理,使铝液中的气体和夹杂物降至   低限度。旋转喷吹精炼法是目前综合效果   好,而且简便易行,倍受国内外重视的一种处理方法。该方法是利用旋转喷头向铝合金液喷吹惰性气体或活性气体进行浮游精炼,称为RID法,操作时只须将旋转喷头插入铝液内通气旋转,便可进行精炼。旋转喷头精炼法的效果十分显著,具体表现在1)   的去气效果,去气率一般在50%~60%之间:2)明显的除渣效果:3)适用性强,即可用于铝液的大量连续处理,也可用于间歇处理,不受合金种类的限制,可随时变换合金的品种或牌号:4)   无害,对环境   :5)便于操作、维修。
在合金熔炼过程中还存在一个重要问题一一“晶粒的粗大”,由此割裂了基体,明显降低了合金的机械性能。因此,   进行变质处理,改变合金的显微组织,提高合金的机械性能。目前,挪威Hydek。企业开发的一种   适于亚共晶Al-Si铸造合金用的变质剂“TiBloy",该变质剂中的极细小混合硼化物粒子(Al,Ti)B2,在Al-Si合金中具有高的晶粒细化效果,并且不妨碍共晶相的变质作用。经试验证明:用“TiBloy”变质剂细化的AlSi铸造合金,铸件的组织和性能有了重大的变化,提高了铸件的质量。
近年来MicrocastX法(简称MX法)细晶铸造工艺已投入到高温合金大型薄壁整体铸件的规模生产。用MX工艺生产高温合金熔模铸件,其技术实质是低温浇注,即将不超过熔点10~28℃范围内的合金液体浇入预热的铸型中快速凝固,并在浇注和凝固过程中伴以机械搅动。   Howmet企业已建立了MX细晶铸造专用设备,目前使用该法生产的铸件已应用到宇航制造业上。
高温合金的熔炼和其它金属熔炼有许多不同之处。因高温合金中含有一些易氧化的元素,从而形成大量的夹杂物。为了提高铸件的质量,获得高性能并且稳定的铸造合金,   保证其化学成分控制在要求的   范围内,通常是在熔炼过程中进行光谱分析,然后通过校正化学成分而实现,同时,   保证杂质量   低以及专用微量添加元素量   佳。目前国外一般采用真空熔炼技术及真空浇注技术,高温合金通常在真空感应炉中熔炼,真空感应炉是无心感应熔炼炉,只是坩埚被装在一个真空室内。熔炼时,真空室被抽成真空,炉料在真空中熔炼和浇注。使用真空感应炉熔炼金属材料有两大好处:一是可以把材料的大部分气体如氢、氧和氮等   掉,从而提高材料的机械性能;二是金属材料氧化损失少。目前国外生产真空感应炉也有很大的发展,不仅生产出大容量的真空感应炉,而且还建立了控制系统使其   自动化,从而保证铸件的质量和铸件间的一致性。
溶液的浇注速度对于铸型的填充和材料晶粒尺寸的控制是非常重要。目前国外采用机械化浇注代替手工操作,保证了浇注的速度。
浇注温度的选择使铸型得到良好的填充条件,温度过高会引起晶粒尺寸粗大,产生缩孔和热裂,温度过低容易造成型腔充不满,而使铸件出现显微缩孔,所以在熔炼过程中   控制好浇注的温度。
浇注成形大型薄壁铸件是一个比较复杂的技术,为了保证铸件壁部分不发生欠铸缺陷,一般采用离心浇注技术,并选择合适的模温和浇注温度等参数,离心铸造工艺有助于改善材料的拉伸性能、蠕变断裂性能和裂纹扩展特性。生产大型薄壁铸件   具备大型真空离心铸造设备。在浇注大型薄壁整体铸件时,控制铸件晶粒尺寸、形态和均匀性是十分重要的,因为这类铸件容易造成铸型浇不足,也很容易产生显微缩孔,所以生产大型薄壁铸件常采用细晶技术,对铸件进行整体晶粒细化。
4、应用
航空航天事业的发展推动了高温合金大型薄壁浇铸技术的发展。英国AE企业在新型发动机上应用了一系列涡轮和大型结构精铸件,这些铸件的外形尺寸一般在300~600mm,   小壁厚0.8~1.5mm。   Howmet企业用整体铸造技术生产了CFM56发动机的高压压气机排气导向环,该铸件直径为557.5mm的整体环形件,其中有88个叶片用于引导压缩空气,材料是Inconel718。此外,该发动机的扩压机匣和燃烧室外壳也都采用了整体铸件。该企业生产的大型薄壁整体铸件,还应用到航天飞机的主发动机组件中。CE企业的T700发动机是   “黑鹰”武装直升机所配套的涡轮发动机,它应用了一系列的大型薄壁整体铸件。
目前国外生产大型高温合金薄壁铸件已达到成熟应用阶段,澳门新葡萄京官网首页国在这方面的技术和工艺装备水平仍较低,只有突破大型薄壁整体铸件精铸的关键技术,才能保证宇航产品的先进性。

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