91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者：鄭曉敏                       

     燃機(jī)渦輪工作葉片是艦用發(fā)動(dòng)機(jī)中的核心零件，采用進(jìn)口材料，葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外廓尺寸大，前緣和后緣通道之間根部為U型懸臂連接，扭度大且具有復(fù)雜的內(nèi)腔，葉片內(nèi)腔網(wǎng)狀交錯(cuò)，弦寬長、扭度大，葉盆、葉背表面有很多橫、縱向肋交叉，陶芯壁厚相差懸殊，陶芯排氣邊翹曲，最薄處僅(0. 70±0.10) mm。葉片上緣板封嚴(yán)齒壁薄，型面公差為±0.3 mm，其型腔結(jié)構(gòu)精細(xì)復(fù)雜，對冶金質(zhì)量和尺寸精度要求較高，采用無余量整體精密鑄造工藝生產(chǎn)，試制工藝難度比較大。本公司經(jīng)過研發(fā)，成功鑄出合格的燃機(jī)渦輪工作葉片。

1  技術(shù)難點(diǎn)分析

    根據(jù)渦輪工作葉片精鑄件的毛坯圖、技術(shù)要求及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及質(zhì)量管理體系的要求，將該精鑄件生產(chǎn)工序進(jìn)行了分解。工序流程如下：制造陶瓷型芯->陶芯檢驗(yàn)->壓制澆注系統(tǒng)及蠟?zāi)?>蠟?zāi)��?nèi)陶芯X光檢驗(yàn)->修整檢驗(yàn)蠟?zāi)?>組合模組->模組除油->檢驗(yàn)?zāi)＝M->制殼->脫蠟->型殼預(yù)焙燒->型殼準(zhǔn)備->型殼終焙燒->熔化與澆注->脫殼->->切割與震刻標(biāo)記->化學(xué)成分檢查->化學(xué)除芯->初檢->打磨修整->表面檢驗(yàn)->晶粒度腐蝕->晶粒度檢查->熱處理->力學(xué)性能檢查->顯微縮松檢查->熒光檢查->X光檢查->外觀檢查->尺寸檢驗(yàn)->超聲波測壁厚->最后外觀檢驗(yàn)->震刻標(biāo)記->最后審定。

1.1  陶瓷型芯成型、焙燒難度大

    由于該燃機(jī)渦輪葉片的冷卻氣體通道為雙層、交叉式結(jié)構(gòu)，而且排氣邊處的陶芯較薄，最薄處為0.6 mm，各個(gè)通道的尺寸又小，僅為1 mm，陶瓷漿料在壓制過程中的行程太長，給陶芯的充型帶來極大的困難。常出現(xiàn)陶芯冷隔、流線、裂紋。產(chǎn)生原因是：陶芯模具復(fù)雜，雖有一定的起模斜度，錯(cuò)綜復(fù)雜的陶芯結(jié)構(gòu)，增加了取型難度；同時(shí)由于葉片扭度較大，陶芯焙燒前翹曲變形量過大導(dǎo)致報(bào)廢，焙燒合格率較低[1]。

    在澆注時(shí)．由于陶芯排氣邊最薄處強(qiáng)度較弱，承受不住金屬液的熱沖擊力而頻繁斷裂，從而造成葉片排氣邊冷卻氣體通道堵死，導(dǎo)致葉片報(bào)廢（最差時(shí)斷、漏芯率達(dá)56%）。

1.2  晶粒度、夾雜等冶金缺陷控制較難

    對渦輪工作葉片而言，排氣邊大角度的柱狀晶是渦輪葉片致命的缺陷。葉片工作溫度高，要求壽命又長，轉(zhuǎn)速高、離心力大，柱狀晶的晶界強(qiáng)度較弱，容易使葉片從柱狀晶晶界處開裂。冶金夾雜也是影響葉片缺陷超標(biāo)的原因之一，所以控制柱狀晶的存在及其角度和冶金夾雜非常重要[2]。

1.3其他

    燃機(jī)渦輪工作葉片的外形尺寸為152 mm×70 mm（見圖1），進(jìn)氣邊相對位置公差為0.10 mm。葉片最厚處為3. 05 mm，最薄處為0.60 mm，而陶瓷型芯的密度僅為葉片材料的1／4，X射線檢驗(yàn)難以斷定脫芯是否干凈。

2  解決措施

2.1  陶瓷型芯制造

    為提高陶瓷漿料流動(dòng)性，從3個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)。一是提高漿料和模具的溫度，增大注射壓力，降低陶瓷漿料中增塑劑的粘度，提高流動(dòng)性，但溫度升高的同時(shí)，整體陶瓷漿料的膨脹也會(huì)增大，漿料在模具中冷卻時(shí)收縮也增大。由于模具退讓性非常差會(huì)產(chǎn)生裂紋；當(dāng)提高陶瓷漿料和模具溫度的同時(shí)增大注射壓力也是這樣，只是在卸壓之前，陶瓷漿料中顆粒與顆粒之間已經(jīng)存在的彈性力和注射壓力是一對平衡力，卸壓之后，彈性力發(fā)生作用，由于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、退讓性差也產(chǎn)生裂紋。二是在陶芯模具適當(dāng)?shù)奈恢瞄_設(shè)排氣槽和溢流槽，可減少憋氣，避免產(chǎn)生冷隔（或澆不足），而對流線、白印、裂紋問題效果一般。三是調(diào)整增塑劑種類，通過更換增塑劑的原材料和配比，也未能消除冷隔、流線、白印、裂紋問題。

    通過對漿料粒度配比調(diào)整，改善了漿料的流動(dòng)性。采用連續(xù)的粒度分布，通過控制磨制粉料時(shí)間、篩分時(shí)間、篩分時(shí)裝入量來控制粒度的配比，起到了良好的效果。而且通過粒度分析得出了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷型芯粒度配比規(guī)律，有效地避免了陶瓷型芯冷隔（或澆不足）、流線、白印、裂紋等缺陷。

2.2斷、漏芯缺陷

    葉片的斷、漏芯大部分發(fā)生在靠近排氣邊葉背部位，而且是穿透性的。產(chǎn)生原因是陶芯靠近排氣邊部位較薄，在焙燒型殼或者是在澆注過程中，由于陶瓷型芯的熱膨脹速度大于型殼的熱膨脹速度，當(dāng)陶瓷型芯在壓制蠟?zāi)�時(shí)，陶瓷型芯自由端與型殼之間的間隙量不足時(shí)，會(huì)發(fā)生斷裂；也可能是由于陶瓷型芯的高溫強(qiáng)度不足，在澆注過程中，由于澆注系統(tǒng)的不合理，使得陶瓷型芯最薄弱處無法承受金屬液的熱沖擊而斷裂[3]。斷、漏芯廢品率達(dá)47. 80%，最嚴(yán)重時(shí)達(dá)到56%。為提高合格率采取了以下解決措施。

    (1)陶瓷型芯自由端制作的改進(jìn)  在修整蠟?zāi)�時(shí)，根據(jù)陶瓷型芯的膨脹率和弦寬尺寸，在陶瓷型芯弦寬方向的自由端面貼蠟紙（陶芯與型殼自由間隙尺寸），在自由端其他尺寸較小的方向，要求刷自由端漆，這樣既能有效保證陶瓷型芯在型殼中的定位，又能保證陶瓷型芯在澆注階段（高溫）的自由收縮，減少了因陶瓷型芯自由收縮而產(chǎn)生的阻力。當(dāng)自由端尺寸太小時(shí)，也就是自由間隙尺寸小于陶瓷型芯膨脹量時(shí)，陶瓷型芯內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，會(huì)使弧形的陶瓷型芯斷裂。當(dāng)自由端尺寸太大時(shí)，即自由間隙尺寸大于陶瓷型芯膨脹量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生陶瓷型芯在型殼中的定位不準(zhǔn)，造成空心葉片葉盆與葉背壁厚差大，使葉片在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中葉盆與葉背冷卻效果不一致而產(chǎn)生熱應(yīng)力。

    (2)澆注系統(tǒng)的改進(jìn)  空心葉片因有陶瓷型芯，采用半閉半開式澆注系統(tǒng)較為合理。在澆注系統(tǒng)的前半部分，要限制流量，減小液流對陶瓷型芯的沖擊，起到限流避渣的作用；后半部分要緩沖液流、平穩(wěn)充型。試制前期澆注系統(tǒng)采用封閉式，其直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道比為4：1.3：1，澆注后斷漏芯比例達(dá)56%。當(dāng)在澆口杯底部增加過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)以上部分為封閉式，過濾網(wǎng)以下部分至內(nèi)澆道段為開放式，在同等條件下，澆注后斷、漏芯廢品率有所下降。

    (3)澆注參數(shù)的改進(jìn)一是通過改變澆注溫度、澆注時(shí)間來減少陶瓷型芯的斷、漏芯率。在1 580～1 6000C澆注時(shí)，鑄件表面明顯有陶芯漂移情況，而1 530～1 540℃澆注時(shí)，鑄件表面也有陶芯漂移情況，程度減輕，但較薄的緣板處有澆不足的現(xiàn)象；二是澆注速度，增加澆注時(shí)間可減少斷、漏芯狀況，澆注時(shí)間不大于5 s時(shí)，鑄件表面明顯有陶芯漂移情況（約占25%），而澆注6～10 s時(shí)，陶芯漂移情況有所減少（約11. 8%）。如果澆注時(shí)間過長，造成葉片排氣邊下緣板處（角度≤30。）的柱狀晶生長發(fā)達(dá)而報(bào)廢。

    (4)過濾網(wǎng)開設(shè)位置的影響  過濾網(wǎng)一般設(shè)在直澆道部位或者兩個(gè)橫澆道搭接處，主要作用是避渣。在葉片生產(chǎn)中設(shè)置的過濾網(wǎng)主要作用是改變流場，因?yàn)樵谝欢ǖ恼婵杖蹮挔顟B(tài)下，合金液的含渣量很少，主要是氧化渣很少且尺寸較小，過濾網(wǎng)是很難去除的。設(shè)置的過濾網(wǎng)另一個(gè)作用是起到一定的冒口作用。過濾網(wǎng)能改變流場是由于過濾網(wǎng)的小孔增加了合金液的流動(dòng)阻力系數(shù)，通過減小流動(dòng)速度來減小流量，因此，澆注系統(tǒng)設(shè)置過濾網(wǎng)盡量靠近葉片，也就是開設(shè)在內(nèi)澆道和冒口之間。這種開設(shè)方法對保護(hù)陶瓷型芯非常有利。

2.3  晶粒度、夾雜等冶金缺陷

    鎳基高溫合金中稀土元素含量較高，合金易于氧化，加之葉片榫根厚大、排氣邊較薄，在葉片凝固過程中易于在葉片的排氣邊與下緣板交接處產(chǎn)生柱狀晶。當(dāng)此柱狀晶與葉片主軸夾角大于450時(shí)，在葉片工作過程中（很大的離心力與熱應(yīng)力條件下）會(huì)沿柱狀晶晶界產(chǎn)生裂紋。同時(shí)對葉片表面晶粒度等級(jí)有一定要求。

    在熔模鑄造鎳基高溫合金時(shí)，為了提高鑄件的高溫強(qiáng)度和冷熱抗疲勞性能，在制備型殼時(shí)，在面層涂料中加入某些高熔點(diǎn)的金屬氧化物。這樣制好的型殼內(nèi)表面，即與液態(tài)金屬接觸的表面涂料層中含有晶核形核劑，當(dāng)液態(tài)金屬澆入型腔后形成結(jié)晶核心，使鑄件表面晶粒細(xì)化。常用的晶核形核劑有氧化鉆、氧化鎳、氧化鐵和氫氧化鉑等，在生產(chǎn)上應(yīng)用較廣的是氧化鈷。氧化鈷與氧化鋁按一定比例制成鋁酸鈷(CoAl2O4)，細(xì)化效果更為明顯。

    柱狀晶的生成主要是由于受到晶核長大速度的影響，而影響晶核長大速度的外在因素是過冷度。解決柱狀晶問題實(shí)質(zhì)是解決鑄件在凝固過程中的溫度梯度問題[2，4]。延緩細(xì)薄的排氣邊散熱條件是解決此問題的關(guān)鍵。為此在排氣邊與下緣板采用包裹多層陶瓷棉的辦法，有效改善了晶粒度。

    冶金夾渣的消除主要是控制母合金的純凈度(見圖 2)和控制熔化澆注爐的真空度。在熒光檢驗(yàn)時(shí)，葉片表面存在密集的熒光顯示（見圖3），而且很難消除，此熒光顯示為氧化物夾雜。雖然在澆注系統(tǒng)中設(shè)置有陶瓷過濾網(wǎng)，但對氧化物夾渣不能完全去除，宏觀上葉片表面會(huì)有大量針孔存在。一方面嚴(yán)格控制母合金的二次縮孔，另一方面選取在溫度及真空度更為穩(wěn)定的進(jìn)口ALD三室真空爐上澆注，澆注時(shí)間為4～6 s，浮渣>22級(jí)，真空度≤1. 33 Pa。較為有效地減少了葉片的氧化夾雜。

2.4脫芯與殘芯檢測

    渦輪葉片內(nèi)腔均要求滲鈷鋁涂層不能有任何異物。然而葉片內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，陶瓷型芯脫除困難，葉片壁厚相差較大，最厚處為3. 05 mm，最薄處為0.60 mm，另外陶瓷型芯材料的密度僅為葉片材料的1／4，射線檢驗(yàn)難以斷定葉片內(nèi)腔陶瓷型芯是否脫除干凈，即使采用雙膠片也難以判斷脫芯情況。

    利用陶瓷型芯密度小的特點(diǎn)，采用粉末填充技術(shù)，能較容易地識(shí)別脫芯情況。具體操作為：將一定粒度的金屬粉末冶金粉邊振動(dòng)邊灌入葉片型腔，直至將葉片內(nèi)腔用粉末冶金粉填實(shí)填滿，再采用雙膠片透視檢驗(yàn)，底片中對比度較深的部分為密度較小的陶瓷型芯殘余物，從而能輕易地識(shí)別葉片脫芯情況。

3  改進(jìn)效果’

    陶瓷型芯采用適用于非定向凝固的硅基陶瓷料漿，細(xì)化了粒度配比。在渦輪葉片陶瓷型芯模具葉尖部分開設(shè)了溢流槽、排氣縫，并在排氣邊增設(shè)了加強(qiáng)筋，通過 提高壓制型芯時(shí)的料溫、模具的溫度，增加了漿料的填充能力，避免了陶芯壓制過程中的冷隔、對流線、裂紋的問題。使得II級(jí)渦輪葉片陶瓷型芯壓制合格率提高到70%，焙燒合格率提高到50%左右。

通過自由端制作(自由端漆的厚度約為0．15mm)、澆注系統(tǒng)的優(yōu)化、澆注參數(shù)的調(diào)整（較為合理的澆注時(shí)間為6～10 s）、過濾網(wǎng)位置的開設(shè)以及陶瓷型芯基體材質(zhì)等方面的改進(jìn)，明顯降低了斷、漏芯的比例，取得了較好的改進(jìn)效果。

4摘要某燃機(jī)渦輪工作葉片由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高，斷漏芯、柱狀晶、冶金夾雜等缺陷導(dǎo)致報(bào)廢率很高。通過優(yōu)化陶芯制造和自由端制作工藝，降低了斷漏芯率；采用晶粒細(xì)化劑、包裹陶瓷棉等方法消除了排氣邊柱狀晶缺陷；通過改變過濾網(wǎng)位置及控制浮渣，降低了冶金夾雜廢品率，提高了該渦輪工作葉片的精鑄品質(zhì)。