大尺寸燃气轮机叶片的熔模铸造工艺

介绍了大尺寸燃气轮机叶片熔模铸造工艺现状,重点列举了叶片熔模铸造的几个关键过程:模具设计及制造、蜡模尺寸控制、型壳制造工艺、定向和单晶叶片技术等。并指出了大尺寸燃机叶片熔模铸造工艺的几种关键技术目前的发展方向。

K432A机匣部件精铸工艺研究

机匣是在研某型号航空发动机上的核心部件,采用铸造高温合金K423A无余量整体精密铸造而成。该部件由内环、外环和空心叶片三部分组成,壁厚相差悬殊,铸造凝固过程极易产生疏松、裂纹等缺陷,铸造难度很大。为确保精铸件的尺寸精度、缩短研制周期,采用了快速成型技术制造熔模,熔模经表面处理后具有良好的表面质量和尺寸精度,表面粗糙度可达Ra6.3μm,尺寸精度可控制在0.5mm以内。设计了联合注入式浇注系统,采用较高的浇注温度和型壳温度,浇注出的铸件冶金质量优良,很好地满足了设计和使用的要求。

大型涡轮叶片无余量精密铸造尺寸精度控制研究——蜡模尺寸稳定性

针对某大型燃气轮机第四级透平动叶片(四涡动叶片)在生产中,蜡模表面缩陷严重、尺寸稳定性差等问题,提出了采用冷蜡块二次成形蜡模,蜡模校正模辅助蜡模冷却定形及检验校正,并分析了各制模工艺参数对蜡模的影响,最终拟定的蜡模生产工艺完全达到四涡动叶片蜡模的生产要求。

大型涡轮叶片精密铸造尺寸精度控制研究——反变形技术

针对大型涡轮叶片精密铸造变形问题,提出了一种简单高效的变形补偿方法——基于测量与统计的逆向校正蜡模法。采用三坐标测量机进行模型的测量,设计特征参数来表征模型,并通过统计测量的特征参数平均值与理论值的比较进行模型的反变形重构,然后,根据反变形后的模型设计蜡模校正模,对蜡模实施逆向校正,补偿涡轮叶片在铸造过程中的变形。试验结果表明,基于测量的反变形技术对解决铸件尺寸超差是有效的,可以提高铸件尺寸合格率,具有实用价值。

铸造工艺对K424合金涡轮组织和性能的影响

研究了不同铸造工艺对K424合金涡轮铸件组织和性能的影响,实验结果表明:浇注温度和模壳温度越高,铸件晶粒越大,越容易在靠近浇口部位产生缩孔缺陷;反之,晶粒越小,组织越均匀,铸件成型和补缩越困难,内部显微疏松越严重,力学性能波动越大;通过采用一定的强化控制凝固冷却措施,有利于涡轮铸件轮盘部位的凝固补缩。当模壳温度为950℃、浇注温度为1470℃,并采用适当的强化控制凝固冷却措施时,K424合金涡轮铸件获得较理想的显微组织、优良的综合力学性能。

K465涡轮导向器熔模铸造工艺研究

涡轮导向器是在研某型号航天发动机的关键部件,采用K465铸造高温合金无余量整体熔模铸造而成。该部件由内锥、内环、叶片、外环和法兰五位一体构成,整体呈复杂框架结构,其叶片最薄处仅为0.7mm,且壁厚相差悬殊,铸造凝固过程易产生疏松、裂纹等缺陷,试制工艺难度很大。设计采用了蜡模分体压制,组合夹具精确定位,蜡模拼装组合成型的工艺方案,使叶片的一致性和尺寸精度得到了保证,获得了导向器熔模铸造用整体蜡模;通过浇注系统、铸造工艺的优化,解决了试制过程中出现的疏松和开裂问题,保证了铸件的冶金质量,研制出了合格的导向器铸件。

铸造工艺对K423A合金力学性能的影响

系统地研究了浇注温度和模壳温度对铸造高温合金K423A室温拉伸性能和850℃／325 MPa下持久性能的影响。研究结果表明：浇注温度和模壳温度对铸造高温合金K423A的力学性能有较大的影响。当浇注温度为1380℃、模壳温度为850℃～1050℃以及浇注温度为1440℃、模壳温度为850℃时，合金的室温拉伸性能和高温持久性能均较好，合金具有最佳的综合力学性能。当浇注温度和模壳温度为其余几种组合时，合金的力学性能有不同程度的下降。当浇注温度为1440℃～1500℃、模壳温度为1050℃以及浇注温度为1440℃、模壳温度为950℃时，合金的力学性能较差，在生产中应避免采用。

铸造工艺对K424合金中σ相析出的影响

研究了常规铸造工艺和细晶铸造工艺对K424合金中σ相析出的影响.结果表明:用常规铸造工艺铸造的K424合金,晶粒较粗大,显微偏析严重,经850 ℃×50～300 h的时效后均不同程度地析出了σ相.浇注温度越高,晶粒越粗大,析出σ相需要的时效时间越短;而采用细晶铸造工艺的K424合金,晶粒细小,经850 ℃×300 h的时效后没有析出σ相.由此可见,细晶铸造工艺是防止K424合金析出σ相的一种有效的工艺.

薄壁调节片熔模铸造缺陷的控制

某航空发动机用调节片采用熔模精密铸造方法生产。调节片轮廓尺寸200 mm×170 mm,铸件平均厚度1.0 mm。调节片在铸造过程中极易产生铸造裂纹和疏松缺陷,冶金质量控制难度极大。针对以上问题并结合计算机模拟结果,对铸件浇注系统、型壳的焙烧温度、铸件的浇注温度进行改进,最终有效控制了铸造缺陷,提高了产品合格率。

无余量精密铸造大型涡轮叶片模具设计

某重型燃气轮机第四级透平动叶片(四涡叶片)结构复杂、尺寸大、精度要求高,给模具的设计和加工带来困难。介绍了四涡叶片无余量精铸件模具的设计及加工工艺。通过模具叶身部分的分段来保证环长尺寸并采用工艺孔配合模具加工与组装定位;同时采用斜块自锁夹紧机构保证模具工作时的稳定性。

高温合金薄壁密封片的精铸工艺

高温合金薄壁密封片是某型号航空发动机上的重要部件,采用无余量整体熔模精密铸造方法生产。该密封片为大尺寸薄壁铸件,长度约500 mm,壁厚为0.8-1 mm,并有多处加强筋和变截面。在铸造过程中极易变形并产生欠铸、裂纹和疏松等缺陷,铸造成形难度大,试制阶段产品合格率极低。采用蜡模和铸件的校形工艺,保证了铸件尺寸精度。结合亨金法计算和铸件结构特点,设计优化内浇道尺寸和位置,同时调整造型工艺,使铸件合格率大幅提高。

K4169合金涡壳体熔模铸造工艺试验

涡壳体是某大型运载火箭的重要部件。由于其形状复杂,壁厚差较大,铸造凝固过程易出现疏松缩孔等缺陷,铸造难度较大。设计采用了可溶性型芯形成涡形流道型腔的方案以及冷蜡块二次成形技术,制备出了涡壳体整体蜡模;采用硅溶胶陶瓷型壳,设计合理的浇注系统,确定合理的浇注工艺参数,成功浇注出了符合技术要求的涡壳体铸件。

一种不锈钢喷管铸件的熔模精密铸造工艺

起动喷管为某型号涡扇发动机启动时的关键部件,采用铬-镍奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti整体精密铸造而成。铸件结构具有空间性,并且内部为空心管道,喷口的角度和位置限定严格,因而必须采用陶芯成形和合理的浇注工艺,避免疏松、裂纹等缺陷。同时陶芯必须具有良好的性能,避免铸件产生气孔和脱芯困难现象。形状控制方面采用独特的组合测具来进行铸件的形状检测和冷矫形。通过铸造工艺的优化,保证了冶金质量,提高了铸件合格率。

薄壁复杂扩压器部件熔模精密铸造工艺研究

扩压器部件为某型号航空发动机的核心部件,采用ZG1Cr11Ni2WMoV合金无余量精密铸造工艺铸造而成。该部件由内环、外环和空心支板三部分组成,最大直径Φ350 mm,整体壁厚2 mm。通过采用模具分体压制,精密夹具组合定位,熔模拼装组合成型的工艺方案,很好地解决了扩压器部件熔模的成型问题,并简化了模具结构,降低了模具制造成本,铸件尺寸精度可达到CT4级要求。设计采用顶注-侧注相结合的浇注系统,并通过改变局部壁厚,改善凝固条件有效地解决了疏松和缩裂问题。采用较高的型壳温度和适中的浇注温度,浇注出的铸件冶金质量优良,很好地满足了设计和使用要求。

高温合金复杂空腔结构导向器的精铸工艺研究

高温合金复杂空腔结构导向器是某型号航空发动机中的关键部件,采用无余量整体熔模精密铸造方法生产。该高温合金精铸件由19片结构复杂的空心叶片构成,空腔内有33处直径1 mm、高2 mm的扰流柱和5处长13 mm、宽2 mm的冷却槽,对冶金质量和尺寸精度要求较高。在蜡模压制过程中,极易发生型芯断裂和叶片叶盆、叶背薄厚不均的情况;在铸造过程中极易产生欠铸、裂纹和疏松等缺陷,铸造成形难度大,试制阶段产品合格率低。本研究通过优化陶瓷型芯定位方式,提高蜡模叶片的压制合格率,并优化内浇道尺寸和位置,同时调整造型工艺和浇注工艺,使铸件合格率大幅提高。

不锈钢ZG10Cr14Ni5Mo2喷油嘴壳体的精铸工艺

本文研究了不锈钢ZG10Cr14Ni5Mo2喷油嘴壳体的精密铸造工艺。采用顶注式浇注系统,大尺寸浇道。蜡模组合时在铸件用蜡模和浇注系统冒口上连接通气棒,涂料时在空腔圆柱内加铁棒,造型时在脖颈处加保温棉,空腔圆柱型壳外加冷铁。采用该工艺后获得了冶金质量合格的铸件,并且保证铸件合格率在90%以上,工艺设计合理。

内浇道引入位置对铸件内在质量的影响

总结了多种铸件试制的结果,发现内浇道的引入位置对铸件内在质量有着至关重要的影响。因此,在实际生产中,一方面需要设计人员在浇口设计时考虑周到,另一方面需要实际操作人员在实际生产过程中严格按照设计图纸进行浇口组合。

导向器内环熔模铸件浇注系统的设计

为了实现某型号导向器内环的试制,研究了两种浇注系统对铸件内在质量的影响。结果表明,对于结构简单的铸件,浇注系统设计得不宜太复杂,相对简单的浇注系统更有利于保证金属液平稳地流动。因此,采用简单的浇注系统能更好地保证内环铸件的内在质量及合格率。

一种高温合金旋流器铸件的成型方式及工艺设计研究

研究了高温合金旋流器铸件成型的工艺方式及铸造工艺,旋流器因为其特殊的内部型腔结构,设计采用了内部型腔陶瓷型芯成型的蜡模成型方式,并且在浇注系统设计时,采用在内径为准53 mm内壁增加壁厚为9 mm的环,同时通过增大内浇道尺寸来保证旋流器铸件的质量。结果表明:采用该设计方案能够获得满足技术要求的铸件,并且合格率得到保证。