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    熔模精密铸造的生产过程及拉伸性能

    作者:高新铸业 日期:2019-03-04
    内容摘要:起动喷管为某型号涡扇发动机启动时的关键部件,与发动机中导向器采用焊接方式连接,工作时间不长,但要求材料具有一定的抗氧 化腐蚀性,铸件结构具有空间性,并且内部为空心管道,因

    起动喷管为某型号涡扇发动机启动时的关键部件,与发动机中导向器采用焊接方式连接,工作时间不长,但要求材料具有一定的抗氧 化腐蚀性,铸件结构具有空间性,并且内部为空心管道,因为与导向器连接,喷口的角度和位置限定严格,要求铸件的形状必须精确,必要条件下可采用矫形满足要求,要求材料要有良好的延性和韧性,故采用了不锈钢中的铬一镍奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti,它具有优良的抗氧 化酸均匀腐蚀性,具有良好的延性和韧性以及冲压性和拉伸性能,并且可焊性好,各种性能均满足铸件的工作需要,主要用作发动机燃油管道、喷管以及潮湿介质中工作的零件和焊接件。

    铸件采用熔模精密铸造,其内部全部为空心管道,因而必须采用陶芯成形,要求陶芯具有良好的强度、透气性、化学相容性和脱除性能,避免断芯和脱芯困难,同时采用合理的浇注系统防止铸件的疏松、浇不足和裂纹等缺陷,在变形问题上,采用独特的组合测具来进行铸件的形状检测和冷矫形,较终通过工艺优化,解决了生产过程中出现的问题,保证了冶金质量,降低了生产成本,提高了铸件合格率。

    1、蜡模制备

    喷管铸件结构,由进口管、转接管、长管颈、长管头、短管和凸台6个部分组成,从转接管部位分出两个具有一定空间结构的长管和短管,其内部全部为中空管道。

    铸件本身结构决定了必须采用陶芯,但是整体陶芯在模具中的定位存在困难,原因是整体陶芯的变形量要求严,且在模具中如果采用过多的定位端,压制过程中会出现断芯的现象,大大降低了蜡模压制成功率,经过实践论证,决定将陶芯分体,即长管头和短管部分的小孔在模具中采用抽块的方式预留蜡模孔,较后以同直径的石英玻璃管沿蜡模预留的孔洞插入到内部陶芯中,这样不仅降低了陶芯制作难度,且模具压制中只需设置2-3个定位端即可。

    2、型壳制备

    熔模精密铸造型壳质量要求高,型壳的强度、透气性、导热性、热震稳定性、热化学稳定性和脱壳性等都会对铸件产生重要影响。型壳是由面层和加固层两部分组成,型壳面层涂料的作用是形成平整、致密、坚实、光滑的型壳工作面,这对于保证铸件的表面质量和轮廓清晰是十分重要的。为获得高质量的型壳面层,面层材料采用硅溶胶粘结剂+大于350目的氧 化错粉。加固层是形成型壳的主体,主要是保证型壳具有一定的强度,使型壳在运输、焙烧、浇注过程中不致开裂,背层采用硅溶胶+错英粉涂料,撒砂材料为煤研石,型壳自干12h以上再脱蜡焙烧。

    3、浇注工艺

    铸件采用ZG0.1型真空感应炉重熔合金并浇注,铸件的浇注系统是金属液充型的通道,同时还要保证铸型中金属液凝固发生体积收缩后能进行有效的补缩,浇注系统的设计决定了凝固过程中金属的流向,直接影响铸件的成形与补缩。因而良好的浇注系统设计是获得优质铸件的先决条件,在该铸件的试制生产过程中,其设计的总体思想为:随铸件的空间形状布置浇道,并设置内浇道对长管颈、长管头、短管和进口管4个部位进行补缩。试制结果表明,采用此类浇注系统,铸件充型良好,浇注系统。

    型壳温度和浇注温度是决定铸件质量的关键因素,对铸件的冶金质量有着至关重要的影响。型壳温度和浇注温度的设计既要考虑到铸件的充型完整,还应考虑到铸件在凝固过程中不产生疏松和裂纹等缺陷。研制过程中采取了不同的型壳温度和浇注温度,并对不同温度下的研制结果进行了比较。结果表明:型壳温度和浇注温度较高时,金属液充型能力强,基本不会产生浇不足和冷隔等缺陷,但是型壳温度和浇注温度过高,金属液凝固的时间增加,在铸件的热节部位,如长管颈和短管的交叉处,容易产生疏松和热裂缺陷,如图5所示。铸件在凝固时产生较大的线收缩,而铸件的热节部位由于铸件线收缩的原因容易产生热裂。较低的型壳温度和浇注温度会减少疏松和热裂,但是铸件充型困难。根据上面的分析以及反复试验的结果,较终将型壳温度设计为900 ~1 000℃,浇注温度设计为1 550~1 600℃,在此温度条件下,铸件可获得较好的冶金质量和综合力学性能,铸件成品率较高。

    4、陶芯对铸件质量的影响

    铸件采用硅基陶瓷型芯,硅基陶瓷型芯是一类以石英玻璃粉为基体材料,SiO2为主要成分,方石英为主晶相的陶瓷型芯。其纯度高、烧结温度低、热膨胀系数小、抗热震性优良、易于脱除等优点使硅基陶瓷型芯在熔模铸造中获得了广泛的应用,有资料称,在目前使用的陶瓷型芯中,90%以上是硅基陶瓷型芯。但是,在实际的铸件浇注过程中,陶芯的各项性能,如透气性、化学相容性、气孔率和溶出性等性能的高低,往往决定了铸件的合格率。


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