型壳加热温度对单晶高温合金显微组织及“雀斑”形成的影响

利用所设计的阶梯试样进行定向凝固试验和模拟,研究定向凝固过程型壳加热温度对单晶高温合金铸件显微组织和“雀斑”形成的影响。分析糊状区的温度场及形貌。结果表明,升高型壳加热温度,一次和二次枝晶间距减小,糊状区液相的渗透率和对流通道的宽度降低,“雀斑”形成倾向性降低,“雀斑”宽度减小,“雀斑”区域枝晶碎片减少。此外,随着型壳加热温度的升高,糊状区液相冷却速率增加,糊状区熔体的冷却时间减少,液体流动对枝晶的破碎程度得到削弱,这进一步降低单晶高温合金铸件“雀斑”形成的倾向性。

型壳温度对DZ22B合金叶片枝晶组织的影响

以DZ22B镍基高温合金叶片为研究对象,采用ProCAST数值模拟及试验相结合的方法对不同型壳保温温度下铸造叶片定向凝固过程中的温度场、热裂倾向及组织进行研究。结果表明:随着型壳保温温度的增加,等温线整体呈下凹趋势,处于1 540℃温度下的糊状区下凹程度明显大于其他温度,且叶片HTI结果有所增加,容易产生热裂的区域集中在叶身上部,排气边位置容易产生热裂的区域比进气边更大;相同高度位置下的叶片排气边枝晶间距均小于进气边枝晶间距;随型壳保温温度升高,一次枝晶间距和二次枝晶间距均降低,对比模拟结果与试验统计得出的一次枝晶间距和二次枝晶间距,得出一致结论,模拟与试验吻合较好。

Al_(2)O_(3)型壳与DZ125高温合金的润湿性及界面反应研究

DZ125合金因其优异的性能和较低的成本被广泛用于航空发动机的涡轮叶片。航空发动机涡轮叶片通常由熔模铸造技术制备,而陶瓷型壳是熔模铸造技术的基础和保障。陶瓷型壳与高温合金的润湿性及界面反应是高温合金涡轮叶片表面质量及尺寸精度的重要影响因素。以电熔白刚玉粉、EC95粉和电熔白刚玉砂为原料,以1030C硅溶胶为粘结剂,设计了涡轮叶片定向凝固成型用陶瓷型壳浆料配方,并制备了陶瓷型壳。在研究Al_(2)O_(3)型壳的微观结构和表面粗糙度的基础之上,重点研究了Al_(2)O_(3)型壳与DZ125高温合金的润湿性及界面反应。结果表明,制备的Al_(2)O_(3)型壳具有光滑平整的表面,表面粗糙度达1.973μm;Al_(2)O_(3)型壳对DZ125高温合金具有良好的惰性,两者的润湿角为119.54°;DZ125合金表面发生了轻微的化学粘砂,粘砂层厚度仅约0.5μm,化学反应产物主要为合金元素Ta、Cr、W和Ti的氧化物。Al_(2)O_(3)型壳与DZ125高温合金的界面处化学粘砂被有效抑制的主要原因为Al_(2)O_(3)型壳的光滑平整表面及其对DZ125高温合金展现出良好的不润湿性。

熔模铸造硅溶胶型壳清理问题分析

航空用硅溶胶熔模精铸件因多腔体结构、形状复杂等因素影响,型壳清理难度较大,甚至因型壳清除不净、型壳卷入铸件等问题导致产品报废。通过分析面层锆英石粉、锆英石砂的成分,焙烧前、焙烧后及浇注后型壳面层、过渡层、背层的显微结构和型壳强度变化,得出型壳残余强度高或者型壳面层被高温铝液剥蚀是根本原因,采取优化锆英石粉粒度、级配及制壳工艺等措施改善了型壳清理效果,为解决熔模精铸件清理困难提供参考。

Nb-Si合金高温熔体与型壳和型芯的界面反应

基于Nb-Si合金超高温精密铸造的需要,以Y2O3+ZrO2超高温陶瓷型壳和Y2O3基超高温陶瓷型芯为对象,研究了2000℃下Nb-Si合金高温熔体与两者的界面反应。结果发现,经过约30 min接触后,凝固后的Nb-Si合金外表面光滑,没有出现粘砂现象,同时陶瓷型壳和型芯与Nb-Si合金接触界面出现了HfO2层,但其厚度仅为几微米。表明型壳的Y2O3面层以及Y2O3陶瓷型芯对于Nb-Si合金高温熔体而言是惰性的。

基于SLA原型快速精铸复合型壳制备的工艺

提出了一套新的复合陶瓷型精密铸造工艺:利用RP技术制作树脂原型,然后采用熔模铸造制作两层面层型壳,并对其型壳背层灌注陶瓷浆料;在灌浆后立即进行喷烧,并将喷烧的型壳于300℃下保温30min,立即升温至900℃焙烧1h,即可获得不开裂、不分层、不黑壳的高精度无缺陷的精铸型壳。试验结果表明,该工艺不但有效解决了SLA原型在焙烧时容易胀破型壳的问题,还提高了型壳制造速度,降低了制作成本;尤其在新产品试制,以及具有自由曲面的中小型铸件方面有很好的应用前景。

石油装备用压环圈型壳成形工艺开发

石油装备用压环圈成形采用高密度EPS白模,涂覆面背数层无机浆料+层间撒砂,经烘干焙烧,制成高强度、透气性好、内壁洁净、轮廓完整的“壳型”,以“壳”为介,经真空负压状态下垂直浇注,提高金属液充型、凝固及补缩能力,得到内部组织致密、外观光洁的压环圈铸钢件,避免了缩孔缩松、气孔缺陷,提高了铸件表面光洁度,提高了工艺出品率。该工艺通过真空负压控制凝固成形,满足产品全机械加工及打压质量要求、成品率高,绿色环保,综合效应显著。

高温合金空心叶片精密铸造用陶瓷型芯与型壳的研究现状

介绍了高温合金空心叶片熔模铸造用陶瓷型芯与型壳的应用背景,及其对于高温合金空心叶片精密成形的重要意义,概述了采用熔模铸造工艺制备高温合金空心叶片对陶瓷型芯与型壳各项性能的基本要求;并指明了陶瓷型芯与型壳今后的发展方向。分别叙述了陶瓷型芯与型壳基体材料的选择、制备工艺及其对性能的影响,介绍了陶瓷型芯脱除工艺的研究进展及存在的问题。另外,对于陶瓷型芯与型壳定位的精确度、性能匹配性对高温合金空心叶片质量影响进行了评述。

DD6单晶高温合金与陶瓷型壳的界面反应

采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱等分析手段研究了DD6单晶合金与陶瓷型壳的界面反应.结果表明：DD6高温合金与陶瓷型壳的界面反应产物主要是Al2O3和HfO2,同时伴随着少量Ta元素的析出;界面反应层的厚度为5～6μm,反应产物在合金/型壳界面的富集,能够抑制氧化反应的进一步进行;高温下DD6合金与陶瓷型壳润湿角为145 ～150°,降低型壳内表面的气孔率能够减少毛细作用的产生,从而有效抑制界面反应的产生.

定向凝固用陶瓷型壳高温力学性能研究现状

简述了高温合金定向凝固用陶瓷型壳的工况,重点介绍了在浆料中添加矿化剂和粒度小于10μm超细氧化铝粉等提高型壳材料的化学反应活性以促进型壳中莫来石的形成,进而提高陶瓷型壳的高温强度和抗蠕变性能的措施。还有采用非连续纤维和连续纤维强化型壳,提高其强度和抗蠕变性能的方法。并通过提高型壳孔隙率和在面层形成阻挡层的方法提高型壳的抗热震性能。同时,指出了定向凝固用陶瓷型壳存在的一些问题,论述了其发展方向。

熔模铸造型壳的现状

熔模铸造正向大型、精密方向发展 ,对型壳提出了更高要求。由于环保要求的提高 ,醇基硅酸乙酯的使用受到限制 ,硅溶胶的应用越来越广泛。耐火材料和粘结剂的正确选择 ,涂料粉液比和涂料粘度的合理控制将大大提高型壳性能。

钛合金熔模精铸氧化锆陶瓷型壳/金属界面反应研究

通过实际浇注和真空扩散连接分别制取了钛／型壳界面，借助ＳＥＭ、ＥＰＭＡ和显微硬度仪等分析测试手段对所得界面进行了深入研究，初步提出了以Ｚｒ、Ｏ元素向钛基体内的扩散为主导的界面反应机制。实验结果表明，界面反应并非在整个界面上均衡推进，而是在浓度、温度、能量起伏。

高温合金定向凝固用陶瓷型壳的铸型反应和导热性

介绍了陶瓷型壳和高温合金中的活性元素发生的化学反应,重点描述了陶瓷型壳中的SiO2和Al2O3与合金元素中的Nd、Hf、C、Al、Cr等的化学反应状况,由于非硅基粘结剂不含易于反应的SiO2,从而降低或消除铸型反应。此外,在陶瓷型壳中涂高辐射率涂层、添加金属氧化物和导热体等方法可以提高定向凝固过程中固-液界面凝固前沿的温度梯度。

牙科铸钛用型壳材料的研究

在国内外牙科铸钛用包埋料的膨胀试验与铸件精度试验的基础上 ,确定牙科铸钛修复体的精度与铸钛专用包埋料膨胀量之间的定量关系 ,并研制出了国产新型铸钛专用包埋料。临床试验结果表明 ,自行研制开发出的新型包埋料在精度上已达到美国ADA标准 ,钛冠的颈部间隙值和颌面间隙值在 2 0～ 40

激光烧结铸造型壳强度试验分析

利用激光烧结快速成型技术可以烧结覆膜陶瓷材料，形成铸造用型腔壳体并直接应用于铸造，制作金属零件。由于在快速原型制造领域所使用的激光器功率普遍较低，因此，无法实现真正意义上材料的直接烧结。目前所能实现的是覆膜陶瓷的间接烧结，即利用激光融凝陶瓷表面涂覆的有机物薄膜，使陶瓷粉末粘结成一个原型壳体。由此形成的壳体原型强度较低，不能直接用于铸造。因此，二次烧结作为一种后处理工艺用于提高壳体强度．与烧结工艺参数对原型壳体强度的影响变得同等重要。通过试验分析，在烧结工艺参数中，扫描间隔和扫描速度是影响原型壳体强度的主要因素，其直接影响烧结原型第一强度的变化。二次烧结后处理可以大幅度提高壳体的二次强度，满足铸造对壳体的强度要求。最后以整体叶轮的快速制造为例，验证了上述结论。

新型钛精铸用粘结剂及型壳制备工艺的研究

开发研究了一种用于钛合金熔模精铸型壳面层的新型ＬＪ８型粘结剂；叙述了用该粘结剂制备型壳的工艺过程。用这种型壳所浇注出的钛铸件表面粗糙度为Ｒａ２６μｍ，污染层厚度为３０μｍ以下，实际浇注试验表明，所研制的新型粘结剂完全适用于钛合金熔模精密铸造。

型壳耐火材料对无余量定向凝固叶片铸件质量的影响

本文阐述了电熔莫来石结合刚玉制成的型壳材料的显微结构和烧结特点,以及对型壳性能的影响。研究了定向凝固过程中型壳表面层耐火材料杂质和液态金属杂质对叶片铸件表面质量的影响。结果表明:电熔莫来石结合刚玉型壳材料是一种理想的适用于定向凝固型壳的耐火材料。

基于SLA的快速精密铸造型壳制备工艺的研究

研究了入炉温度对快速成型用光固化树脂热膨胀特性的影响,研究表明,入炉温度不同,光固化树脂的热膨胀趋势基本相同,但膨胀率不同;入炉温度越高,热膨胀曲线斜率越大,其膨胀速率越大;随着入炉温度的升高,树脂原型的最大膨胀率增大。据此,确定了快速精密铸造用型壳的焙烧工艺为80～100℃入炉焙烧,以150℃/h速率升温到950℃保温30min,随炉冷却至室温出炉。

TiAl合金反重力铸造用陶瓷型壳的调整

在真空反重力铸造过程中,熔融的TiAl合金是通过两真空腔体的压力差压入陶瓷型壳中的。因此,真空反重力铸造过程中型壳必须具有良好的透气性和必要的强度。实验表明,在料浆中加入少量糊精可以明显增加型壳的透气性,在型壳制作的过程中通过加入纤维可增强其强度。利用这种型壳,通过反重力低压真空铸造出的TiAl增压器涡轮的叶片尖端厚度可薄至0.5mm。

熔模铸造加固层型壳强度性能的研究

采用硅溶胶、硅酸乙酯水解液分别与刚玉、铝矾土、煤矸石等耐火材料制备加固层型壳抗弯强度试样,试样采用不同的干燥硬化工艺并经1000℃焙烧冷却至室温后,测试其常温抗弯强度。研究结果表明:粘结剂、耐火材料及干燥硬化工艺均影响型壳强度。粘结剂中二氧化硅含量越高型壳强度越高,耐火材料的刚玉相含量越高型壳强度越高,型壳采用化学干燥硬化导致强度降低。