首頁(yè)

資訊中心

企業(yè)動(dòng)態(tài)

行業(yè)動(dòng)態(tài)

安全動(dòng)態(tài)

行業(yè)資訊

設(shè)備資訊

工具資訊

材料資訊

招商代理

您當(dāng)前位置:首頁(yè) > 新聞?lì)l道 > 技術(shù)動(dòng)態(tài) > 正文

K424合金中空盲管薄壁件精密鑄造

2016-08-16 10:14:12 安裝信息網(wǎng)

楊曼利吳亞夫謝秋峰薛鑫王倩李俊濤

（北京鋼鐵研究總院高溫材料研究所）

摘要研究了K424合金X型拉桿前段的精鑄工藝。該鑄件為大尺寸中空盲管薄壁件，在試制過程中，陶芯的斷裂和脫除、鑄件的收縮控制和冶金質(zhì)量都存在一定難度；針對(duì)這些問題，對(duì)X型拉桿前段從模具收縮設(shè)計(jì)、蠟?zāi)Ｖ苽浞桨�、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和鑄造工藝優(yōu)化等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，試制出的K424合金X型拉桿前段鑄件冶金質(zhì)量?jī)?yōu)良、尺寸精確，滿足了設(shè)計(jì)和使用要求。

關(guān)鍵詞 K424合金；薄壁件；精密鑄造

中圖分類號(hào) TG132. 312；TG249.5DOI:10. 15980/j．tzzz. 2016. 06. 019

K424合金X型拉桿前段為某先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口的核心部件，采用無(wú)余量精密鑄造工藝整體鑄造而成。該部件呈中空盲管狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)約400 mm，大部分區(qū)域壁厚為2. 5～3.0 mm，屬于整體薄壁結(jié)構(gòu)件。由于鑄件的結(jié)構(gòu)特殊性，決定了鑄件生產(chǎn)必需使用大尺寸整體陶芯的蠟?zāi)３尚头桨�；因�(yàn)檫^大的陶芯尺寸導(dǎo)致該鑄件在生產(chǎn)過程中陶芯極易斷裂，同時(shí)陶芯的脫除、鑄件的收縮控制和冶金質(zhì)量都存在一定難度。本課題對(duì)該鑄件的模具收縮設(shè)計(jì)，蠟?zāi)Ｖ苽浞桨�、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和鑄造工藝優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究，試制出了滿足設(shè)計(jì)和使用要求的鑄件，并為進(jìn)一步開展中空薄壁復(fù)雜件的精密鑄造生產(chǎn)提供參考。

1 試驗(yàn)材料及方法

K424合金是鎳基沉淀硬化型等軸晶鑄造高溫合金，Al和Ti含量高，密度小，主要化學(xué)成分見表1。該合金具有較高的高溫強(qiáng)度和塑性、良好的鑄造性能，適用于制作航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī)用渦輪葉片、尾噴口調(diào)節(jié)片、整鑄渦輪轉(zhuǎn)子及導(dǎo)向器等部件。

試驗(yàn)用K424母合金，采用ZGO.5型真空感應(yīng)爐熔煉，母合金的化學(xué)成分及力學(xué)性能滿足技術(shù)條件。在MPI55壓蠟機(jī)上壓制蠟?zāi)�。蠟�(zāi)Ｅc澆注系統(tǒng)組合后，經(jīng)涂料、撒砂、干燥后脫蠟、焙燒制備出型殼。采用ZG0. 025真空感應(yīng)爐重熔合金并澆注成形。鑄件經(jīng)切割、打磨、脫芯后，進(jìn)行目視、熒光、X射線探傷及尺寸檢驗(yàn)。

2 精密鑄造工藝

2.1模具縮尺設(shè)計(jì)及熔模制備

X型拉桿前段鑄件結(jié)構(gòu)見圖1，型腔內(nèi)部為三角形整體空腔，鑄件整體僅有5處開孔，管道內(nèi)部空腔截面尺寸為10 mm×8 mm。在蠟?zāi)Ｖ苽鋾r(shí)若采用一次成型工藝方案壓制蠟?zāi)�，型腔�?nèi)部工裝是難以實(shí)現(xiàn)的；若采用可溶型芯的二次成型工藝方案壓制蠟?zāi)�，制殼過程難度很大，因此采用陶瓷型芯的二次成型工藝，但陶芯長(zhǎng)度達(dá)到340 mm左右，因此，對(duì)陶芯模具的設(shè)計(jì)和陶瓷型芯性能要求是試制此鑄件的難點(diǎn)之一。

2.2型殼制備

X型拉桿前段型殼分面層和加固層兩部分。面層采用硅溶膠十鋯英粉涂料，撒剛玉砂。加固層涂料采用硅溶膠十煤矸石粉，撒煤矸石。涂掛層數(shù)為6～7層。脫模過程產(chǎn)生的型殼微裂紋，通過氧化鋁十硅溶膠的混合物進(jìn)行修補(bǔ)。

在實(shí)際生產(chǎn)中為避免因焙燒熱膨脹所造成的陶芯斷裂，應(yīng)設(shè)置陶芯固定端和自由端。型殼焙燒時(shí)，由于型芯和型殼的溫度變化速率不同，必須采用合理的升溫速率和降溫速率，減小因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。經(jīng)過設(shè)置合理的自由端和采用正確的焙燒工藝，型殼焙燒后陶芯斷芯率由最初的70%降低到10%，大大提高了型殼合格率。

2.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在試制過程中，采用整體側(cè)注式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆道分布在管壁同一側(cè)，管壁的其他裸露面可方便增加強(qiáng)化冷卻措施，增大溫度梯度，達(dá)到順序凝固和降低縮松傾向的目的；設(shè)計(jì)較大尺寸的澆口杯和直澆道，以提高鑄件的充型速度，避免冷隔和裂紋缺陷的產(chǎn)生，澆注系統(tǒng)見圖3。實(shí)際澆注結(jié)果表明，鑄件能夠獲得良好的充型，但在靠近澆道一側(cè)的吊耳與內(nèi)壁的轉(zhuǎn)接部位容易出現(xiàn)縮松，見圖4。

在澆注過程中，吊耳的另一側(cè)為厚約5 mm的截面內(nèi)壁，高溫合金液的過流導(dǎo)致此處產(chǎn)生熱節(jié)。由于增大橫澆道，澆注后澆杯中的熔融合金量增大，成為有效的熱源，有利于實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固，也利于澆道對(duì)鑄件的充分補(bǔ)縮，使裂紋和縮松形成的傾向降低。經(jīng)改進(jìn)后的澆注系統(tǒng)見圖5，結(jié)果表明，采用增加內(nèi)澆道尺寸的方法解決了鑄件縮松傾向。

2.4鑄造工藝對(duì)鑄件質(zhì)量的影響

復(fù)雜、薄壁鑄件所選擇的型殼溫度和澆注溫度相對(duì)較高。較高的型殼溫度可以有效地減小合金熔體與鑄型的溫差，減緩合金熔體溫度并降低速度，提高合金液充型能力。采用較高的澆注溫度和較高的型殼溫度進(jìn)行試澆，結(jié)果表明，澆注溫度過高，鑄件凝固收縮大，超過了陶芯退讓性極限，鑄件受到拉應(yīng)力而導(dǎo)致鑄件裂紋，見圖6。降低澆注溫度、提高型殼溫度可使鑄件相鄰部位凝固時(shí)的溫差減小，使得相鄰部位收縮牽制減小、應(yīng)力減小，從而減小鑄件裂紋產(chǎn)生的傾向。因此采用降低澆注溫度，保持型殼溫度不變的工藝進(jìn)行試澆，結(jié)果表明，當(dāng)采用適中的澆注溫度和較高的型殼溫度，可生產(chǎn)出冶金質(zhì)量合格的X型拉桿前段鑄件。

2.5陶芯脫除

采用陶瓷型芯的鑄件的生產(chǎn)過程，型芯清除的難度與陶瓷的材質(zhì)和鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有關(guān)。該鑄件脫除型芯是在壓力釜中進(jìn)行，以濃度為30%～40%的KOH水溶液為介質(zhì)，在0.1～0.2 M Pa壓力下，加熱不高于220℃。由于X型拉桿前段鑄件前端存在一個(gè)封死的空腔，此處陶芯與堿液得不到充分接觸，且脫芯過程中生成的沉淀物、水和氣體不能及時(shí)離開腔體而阻礙了新鮮的堿液與未脫除的型芯相接觸。為此，在不影響鑄件使用性能前提下，在鑄件上增設(shè)兩個(gè)脫芯工藝孔，位置見圖7。增加工藝孔后的鑄件脫芯周期大大縮短，不但降低了脫芯和檢測(cè)的成本，還提高了鑄件生產(chǎn)效率。