手機版|
點擊下圖片即可查看大圖
高溫合金熔模精密鑄造在航空航天制造中，用整體鑄件代替鍛件及機械加工組合件，取得了十分明顯的經濟效益，并且減少了產品的重量。由于整體鑄造技術的發展提供了高質量、大尺寸、高精度的整體鑄件，所以 成為宇航制造中最有吸引力的工藝技術之一。要獲得優質高溫合金大型薄壁鑄件，關鍵技術如下：提高鑄件表面質量和尺寸精度的制模、制殼技術：獲得高質量鑄件的熔煉、澆注成形技術以及選擇優質材料和先進設備。
1、熔模精鑄常用的模料
為了保證大型薄壁鑄件的尺寸精度和表面質量，一般應選用熱穩定性好、強度高、流動性好、膨脹收縮小的優質材料。按模料的基體材料組成，可分為蠟基模料、樹脂基模料、塑料模料、填襯模料及水溶性模料。其中蠟基模料和樹脂模料已被廣泛使用，性能日益完善，這里主要介紹后三種模料：1)水溶性模料適用于生產大型薄壁精鑄件，主要水溶性模料有尿素基水溶性模料、純尿素模料、尿素—聚合物模料、聚乙醇基模料(由于價格高，故只作水溶性型芯而不作熔模)。日本現制出適于在0.7~1.5MPa范圍內壓注成型，甚至可自由澆注的水溶性模料和DRN-1177模料。2)填襯模料分為氣體、液體和固體物質填料三種，但因氣體填料對熔模的表面粗糙度產生影響，故很少應用：液體填料受到溫度控制，應用也不多。英國主要有水乳狀液填料和水—塑料填料，只是在整體渦輪等整體組合鑄件生產上使用。應用最多的是固體模料，尤其是美國在精鑄模料中大約一半以上都是加有固體粉末填料。3)塑料模料主要是聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)。由于該模料具有以下特點：a、密度和強度可根據發泡條件適當改變；b、線膨脹系數約為蠟模的1/10；c、吸濕性小；d、用有機溶劑容易粘接；e、易燃燒，便于脫模等特性。因此，近年來國外在精鑄件生產中應用越來越多，前蘇聯早在70年代末就將該模料用于大型鑄件的生產，在美國的應用也非常廣泛。
2、制模、制殼技術
要獲得高溫合金大型薄壁鑄件，制殼工藝是一道很關鍵的工序。鑄型首先要有穩定的材料做保證，其次在制殼工藝上要有相應的保證措施，如大型型殼應有較大的斷裂模數，從結構上不應是整體而以分層結構為佳，制作大型型殼粘結劑硅溶膠中的SiO2含量應高(當膠粒直徑為14mm時，SiO2含量應達到30%)、高聚物5%，涂料粘度應大一些，粉液比高一些、制殼干燥時間需要長一些。
美國TRW公司在制造大型薄壁鑄件時，為了保證大型薄壁鑄件的尺寸和表面質量，在制殼上采用型殼分割工藝，該工藝包括，將一個完整型殼分割成若干部分，然后形成內部型面和外部型面。
美國Howent公司在生產某產品的大型框架時也采用了型殼分割工藝，將型殼分割成6個部分，再用陶器帽把這些分割部分固定在一起。涂制小截面的分割型殼是為了方便蠟模和型殼制作，并可以對每個型殼分割部分進行檢查、修理和更換。
要提高制模、制殼技術，不僅需要好的工藝方法，還必須有相適應的先進設備。目前日本研制出大型壓蠟機，最大合型力達300KN：英國Deritend公司用裝有專家系統軟件、高自動化的機器人來制造極其復雜的型殼，生產出了優質、整體、公差均勻、壁厚小于lmm的鑄件。型殼采用真空干燥、熱氣流干燥等工藝，脫蠟采用微波技術：美國TEMPCRAFT公司生產的V-3002型壓蠟機。MPI公司還研制出用于壓蠟機的高水平微機控制系統。美國還開發了自動組模機器人，被稱為熔模鑄造中的柔性制造系統(FMS)。在鑄造生產中實現制模、制殼自動化，可以提高產品質量，提高工作效率，改善工作環境。
3、熔煉及澆注成形
熔煉及澆注成形是獲得優質鑄件的關鍵程序之一。在合金熔煉過程中，由于鋁合金液的嚴重吸氣和氧化形成的各種夾雜物，使鑄坯或鑄件凝固時產生各種缺陷，輕則影響機械、加工及熱處理性能，重則導致報廢，危害甚大。因此，在澆注成形前必須精煉處理，使鋁液中的氣體和夾雜物降至最低限度。旋轉噴吹精煉法是目前綜合效果最好，而且簡便易行，倍受國內外重視的一種處理方法。該方法是利用旋轉噴頭向鋁合金液噴吹惰性氣體或活性氣體進行浮游精煉，稱為RID法，操作時只須將旋轉噴頭插入鋁液內通氣旋轉，便可進行精煉。旋轉噴頭精煉法的效果十分顯著，具體表現在1)極佳的去氣效果，去氣率一般在50%~60%之間：2)明顯的除渣效果：3)適用性強，即可用于鋁液的大量連續處理，也可用于間歇處理，不受合金種類的限制，可隨時變換合金的品種或牌號：4)無毒無害，對環境無污染：5)便于操作、維修。
在合金熔煉過程中還存在一個重要問題一一“晶粒的粗大”，由此割裂了基體，明顯降低了合金的機械性能。因此，必須進行變質處理，改變合金的顯微組織，提高合金的機械性能。目前，挪威Hydek。公司開發的一種最適于亞共晶Al-Si鑄造合金用的變質劑“TiBloy"，該變質劑中的極細小混合硼化物粒子(Al，Ti)B2，在Al-Si合金中具有高的晶粒細化效果，并且不妨礙共晶相的變質作用。經試驗證明：用“TiBloy”變質劑細化的AlSi鑄造合金，鑄件的組織和性能有了重大的變化，提高了鑄件的質量。
近年來MicrocastX法(簡稱MX法)細晶鑄造工藝已投入到高溫合金大型薄壁整體鑄件的規模生產。用MX工藝生產高溫合金熔模鑄件，其技術實質是低溫澆注，即將不超過熔點10~28℃范圍內的合金液體澆入預熱的鑄型中快速凝固，并在澆注和凝固過程中伴以機械攪動。美國Howmet公司已建立了MX細晶鑄造專用設備，目前使用該法生產的鑄件已應用到宇航制造業上。
高溫合金的熔煉和其它金屬熔煉有許多不同之處。因高溫合金中含有一些易氧化的元素，從而形成大量的夾雜物。為了提高鑄件的質量，獲得高性能并且穩定的鑄造合金，必須保證其化學成分控制在要求的精確范圍內，通常是在熔煉過程中進行光譜分析，然后通過校正化學成分而實現，同時，必須保證雜質量最低以及專用微量添加元素量最佳。目前國外一般采用真空熔煉技術及真空澆注技術，高溫合金通常在真空感應爐中熔煉，真空感應爐是無心感應熔煉爐，只是坩堝被裝在一個真空室內。熔煉時，真空室被抽成真空，爐料在真空中熔煉和澆注。使用真空感應爐熔煉金屬材料有兩大好處：一是可以把材料的大部分氣體如氫、氧和氮等清除掉，從而提高材料的機械性能；二是金屬材料氧化損失少。目前國外生產真空感應爐也有很大的發展，不僅生產出大容量的真空感應爐，而且還建立了控制系統使其完全自動化，從而保證鑄件的質量和鑄件間的一致性。
溶液的澆注速度對于鑄型的填充和材料晶粒尺寸的控制是非常重要。目前國外采用機械化澆注代替手工操作，保證了澆注的速度。
澆注溫度的選擇使鑄型得到良好的填充條件，溫度過高會引起晶粒尺寸粗大，產生縮孔和熱裂，溫度過低容易造成型腔充不滿，而使鑄件出現顯微縮孔，所以在熔煉過程中一定控制好澆注的溫度。
澆注成形大型薄壁鑄件是一個比較復雜的技術，為了保證鑄件壁部分不發生欠鑄缺陷，一般采用離心澆注技術，并選擇合適的模溫和澆注溫度等參數，離心鑄造工藝有助于改善材料的拉伸性能、蠕變斷裂性能和裂紋擴展特性。生產大型薄壁鑄件必須具備大型真空離心鑄造設備。在澆注大型薄壁整體鑄件時，控制鑄件晶粒尺寸、形態和均勻性是十分重要的，因為這類鑄件容易造成鑄型澆不足，也很容易產生顯微縮孔，所以生產大型薄壁鑄件常采用細晶技術，對鑄件進行整體晶粒細化。
4、應用
航空航天事業的發展推動了高溫合金大型薄壁澆鑄技術的發展。英國AE公司在新型發動機上應用了一系列渦輪和大型結構精鑄件，這些鑄件的外形尺寸一般在300~600mm，最小壁厚0.8~1.5mm。美國Howmet公司用整體鑄造技術生產了CFM56發動機的高壓壓氣機排氣導向環，該鑄件直徑為557.5mm的整體環形件，其中有88個葉片用于引導壓縮空氣，材料是Inconel718。此外，該發動機的擴壓機匣和燃燒室外殼也都采用了整體鑄件。該公司生產的大型薄壁整體鑄件，還應用到航天飛機的主發動機組件中。CE公司的T700發動機是美國“黑鷹”武裝直升機所配套的渦輪發動機，它應用了一系列的大型薄壁整體鑄件。
目前國外生產大型高溫合金薄壁鑄件已達到成熟應用階段，我國在這方面的技術和工藝裝備水平仍較低，只有突破大型薄壁整體鑄件精鑄的關鍵技術，才能保證宇航產品的先進性。
（ ） 、 、 、 完全能確保提供給客戶高精度的最終鑄件成品件，同時能確保滿足客戶對材料的理化性能、無損測試、高精度幾何尺寸檢測等全方位的檢測要求。
