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1、对美国 H ow m e t公司铸造高温合金 生产技术及发展的评述 Com m en t o n P ro du c in g T ech no lo gy S ta tu s 在 母 合 金 熔 炼 时 , 严 格 控 制 原 材 料 (N i, C r , Co ) 中 有 害 元铸 造 高 温 合 金 的 工 艺 技 术250 年 代 初 期 , H owm e t 公 司 首 先 用 精 密 铸 造 的 方 法 陶 瓷 壳 型 生 产 航 空 发 动 机 的 结 构 铸 件。 以 后 随 着 航 空46对美国 H owm e t 公司铸造高温合金生产技术及发展的评述素 及 夹 杂 含
2、量 , 并 用 挡 渣 过 滤 , 尤 其 是 在 使 用 回 炉 料 时 , 以 保 证 纯 度。其 次 , 严 格 控 制 母 合 金 在 熔 炼 过 程 中 所 接 触 到 的 所 有 设 备 中 的 非 金 属 材 料 ( 炉 衬 , 中 间 包 , 涂 料 , 过 滤 网 等 ) 的 成 分 及 两 者 的 化 学 反 应 程 度。尽 量匀 化 和 H IP 升 温 至 接 近 1065 1180 期 间 , 应 避 免 加 热 太 快 , 以 防 产 生 初 熔。而 H IP 后 , 适 当 提 高 冷 却 速 度 , 可 获 得 有 利 的 显 微 组 织 结 构。H owm e
3、 t 的 H IP 炉 容 量 在 世 界 上 堪 称 最 大、 压 力 最在 真 空 状 态 下 熔 炼 ,如 在 大 气 中 熔 炼 时 须 用 A ir 2O xy2高 ( 达 199.9M P a) ,且 处 理 后 的 冷 却 速 度 比 标 准 的 快。gen 2D eca rbu r ized 提 高 纯 净 度。 在 母 合 金 熔 炼 中 有 两 项 重 要 技 术 是: 采 用 电 子 熔 炼 “钮 扣 ” 铸 锭 , 控 制 真 空 下 合 金 的 纯 净 度; 采 用 电 子 冷 坩 埚 精 炼 , 减 少 杂 质 ( 尤 其 是 T i 合 金 ) 。21112 铸
4、锭 重 熔 铸 锭 重 熔 时 通 常 采 用 真 空 感 应 炉。 这 个 过 程 中 坩 埚 是 一 个 主 要 的 因 素 , 用 坩 埚 也 能 控 制 合 金 的 纯 净 度。据 H owm e t 公 司 报 道 , Z rO 坩 埚 能 够 减 小 与 合 金 液 的 反 应 , 耐 高 温 性 能 好。 依 合 金 种 类 及 要 求 不 同 , 也 用 M gO 坩214 铸 造 高 温 合 金 的 新 工 艺、 新 技 术21411 雾 化、 喷 射 成 型( Sp rayca st 2X )H owm e t 公 司 一 直 在 不 断 地 探 索 和 开 发 新 的 铸
5、 造 工 艺 技 术 , Sp rayca st 2X 即 是 开 发 的 一 种 新 工 艺。该 工 艺 也称 为 O sp rey ,类 似 于 金 属 粉 末 的 制 造 工 艺 , 在 氩 气 或 氮气 的 保 护 下 , 液 态 金 属 通 过 喷 嘴 向 成 型 的 模 具 中 喷 射 , 形 成 致 密、 超 细 晶 粒 的 铸 件 , 见 图 2。埚 ,有 时 还 用 Ye2O 3、 C aO 坩 埚 ,在 特 殊 情 况 下 , 用 莫来 石 坩 埚。 212 铸 造 工 艺 技 术 21211 单 晶、 定 向 及 细 晶 铸 造 工 艺 单 晶、 定 向 合 金 由 于
6、减 少 和 消 除 了 晶 界 在 高 温 时 的 弱 化 作 用 , 大 幅 度 地 提 高 了 铸 件 在 航 空 发 动 机 上 的 工 作 温 度。H owm e t 公 司 自 70 年 代 发 展 了 单 晶、定 向 合 金 以 来 , 已 取 得 很 大 进 展。特 别 是 单 晶 合 金 , 比 定 向 合 金 的 工 作 温 度 提 高 了 近 65 。 在 工 作 温 度 比 较 低 ( 低 于 等 强 温 度 点 ) 时 , 细 等 轴 晶 的 组 织 结 构 对 力 学 性 能 是 有 利 的。因 而 H owm e t 公 司图 2 喷 射 成 型 工 艺 模 型F
7、ig 12 Sp rayca st 2X tech no lo gy m o de l 发 展 了 G ra inex 和 M ic ro ca st 22X 细 晶 铸 造 工 艺 , 可 达 A STM 3 5 级。 21212 蜡 模、 型 芯 和 型 壳晶 粒 度21412 快 速 自 动 成 形(Rap id P ro to typ ing )快 速 自 动 成 形 技 术 是 90 年 代 国 际 上 新 发 展 起 来 的 一 项 高 科 技 成 果 , 它 是 集 计 算 机、 光、 电、 精 密 仪 器 和 材 料 等 现 代 化 诸 学 科 于 一 体 的 先 进 制 造
8、技 术 , 适 用 于 在 实 际 中 遇 到 的 传 统 方 法 无 法 加 工 的 非 对 称 的、 有 不 规 则 曲 面 的 或 结 构 复 杂 而 又 是 精 细 结 构 的 零 件、 模 具 等。 快 速 自 动 成 形 是 一 种 全 新 概 念 的 制 造 技 术 , 它 摒 弃 了 传 统 机 械 加 工 方 法 , 根 据 计 算 机 CA D 生 成 的 零 件 几 何 信 息 , 控 制 三 维 数 控 成 形 系 统。通 过 激 光 或 其 它 方 法 将 材 料 堆 积 而 形 成 与 计 算 机 中 几 何 形 状 完 全 一 致 的 零 件 实 体。 目 前 已
9、 投 入 使 用 的 成 形 方 法 主 要 有 光 敏 液 相 法( SL A ) 、激 光 选 区 烧 结 法 ( SL S ) 、熔 融 堆 积 法 ( FDM ) 、 逐 层 窿 廓 法 (L OM ) 、 光 掩 膜 照 相 法 ( SGC ) 。 21413 数 值 模 拟 技 术 在 精 铸 件 中 的 应 用 数 值 模 拟 技 术 已 广 泛 应 用 在 精 密 铸 件 的 研 究 和 生 产 中。 H owm e t 公 司 已 对 代 表 着 航 空 发 动 机 精 密 铸 件 最 高 水 平 的 单 晶 部 件 的 凝 固 过 程 进 行 了 数 值 分 析。 ( 下
10、转 封 三 )47在 制 造 蜡 模 时 , 应 遵 循 的 原 则 是:不 同 的 结 构 铸件 , 要 求 使 用 不 同 种 类 的 蜡 料。 H owm e t 公 司 的 车 间 备 有 20 余 种 蜡 料 , 回 收 的 蜡 料 不 用 于 转 动 件; 用 计 算 机 控 制 监 视 蜡 模 制 造 , 用 坐 标 测 量 仪 检 测 蜡 模 尺 寸。 通 常 使 用 的 是 陶 瓷 型 芯。 据 悉 , 硅 2锆 芯 能 提 高 尺 寸 稳 定 性 , 刚 玉 芯 化 学 稳 定 性 好。型 芯 的 质 量 要 求 不 仅 包 括 尺 寸 和 外 形 轮 廓 , 还 有 一
11、定 的 物 化 性 能 要 求。 型 壳 要 求 型 砂 的 化 学 成 分、粒 度 大 小、分 布 及 化 学 稳 定 性 , 同 时 要 求 一 定 的 焙 烧 温 度 和 良 好 的 贮 存 环 境 , 以 保 证 型 壳 内 腔 的 清 洁。 制 作 的 每 一 型 壳 都 要 检 验 其 重 量 , 每 一 批 型 壳 的 重 量 差 不 超 过 4 % 。213H IP 工 艺 H IP 工 艺 用 来 提 高 铸 件 的 致 密 性、消 除 疏 松 和 促 进均 匀 化 , H IP 的 主 要 工 艺 参 数 是: 温 度、压 力 和 升 温、降 温 速 度。 工 艺 参 数
12、选 择 的 合 适 , 对 铸 件 有 良 好 的 作 用 , 获 得 最 佳 的 组 织 结 构 , 否 则 起 有 害 作 用。据 分 析 , 在 均热喷涂涂层专业的航空工业标准强 度 试 验 方 法 , HB 5475 291 热 喷 涂 涂 层 结 合 强 度 试 验 方的 同 时 , 将 与 之 合 作 的 不 同 外 方 公 司 中 可 借 鉴 的 东 西 汇 集 起 来 , 通 过 消 化 吸 收 变 成 符 合 我 国 航 空 系 统 实 际 情 况 的 资 料 , 是 一 个 很 好 的 途 径 , 同 时 也 具 备 适 当 的 时 机。 ( 2) 为 检 查 热 喷 涂
13、涂 层 的 内 部 质 量 , 了 解 热 喷 涂 涂 层 与 基 体 在 界 面 位 置 的 结 合 情 况 , 需 要 制 订 相 应 的 金 相 检 验 标 准。有 了 这 样 的 标 准 , 就 能 方 便 地 检 查 涂 层 中 的 氧 化 物、孔 洞、涂 层 与 基 体 界 面 上 的 污 染 及 未 熔 化 颗 粒 等 项 内 容 , 进 一 步 确 保 涂 层 质 量。 ( 3) 制 订 热 喷 涂 涂 层 的 涂 覆 工 艺 标 准。热 喷 涂 涂 层 的 涂 覆 工 艺 主 要 有 爆 炸 喷 涂 等 离 子 喷 涂、火 焰 喷 涂、电 弧 喷 涂 等 , 可 根 据 不
14、同 涂 覆 工 艺 使 用 的 广 泛 性 按 大 小 顺 序 选 择 列 项 , 逐 一 制 订 成 标 准。 ( 4) 在 制 订 热 喷 涂 涂 层 的 工 艺 之 前 , 可 考 虑 先 行 制 订 出 “热 喷 涂 金 属 件 表 面 预 处 理 通 则 ”, 根 据 航 空 产 品 质 量 要 求 相 对 较 高 的 特 点 , 参 照 GB 11373 289 , 从 对 金 属 件 进 行 表 面 除 油 , 粗 糙 处 理、预 热 及 去 除 涂 层 处 理 等 方 面 来 提 出 要 求 , 以 确 保 热 喷 涂 工 艺 操 作 的 顺 利 进 行。 ( 5) 制 订 热
15、 喷 涂 操 作 安 全 方 面 的 标 准。法 ,热 喷 涂 涂 层 抗 拉 强 度 试 验 方 法 ,HB 5475 291HB 5486 291 热 喷 涂 涂 层 硬 度 试 验 方 法。 312 相 关 适 用 的 国 家 标 准 热 喷 涂 涂 层 专 业 相 关 适 用 的 国 家 标 准 主 要 有 以 下6 个:GB 12334 290 金 属 和 其 他 覆 盖 层 关 于 厚 度 测 量 的定 义 和 一 般 规 则 ,GB 12607 290 热 喷 涂 涂 层 设 计 命 名 方法 , GB 12608 290 热 喷 涂 涂 层 材 料 命 名 方 法 , GB 1
16、1375 289热 喷 涂 操 作 安 全 ,GB 11373 289 热 喷 涂 金 属 件 表 面 预 处理 通 则 , GB 11374 289 热 喷 涂 涂 层 厚 度 的 无 损 测 量 方 法。几 点 建 议4( 1) 建 立 一 系 列 完 整 的 热 喷 涂 涂 层 技 术 标 准 根 据 航 空 发 动 机 需 要 , 按 涂 层 的 成 熟 程 度 , 制 订 出 热 喷 涂 耐 磨 涂 层、热 喷 涂 封 严 涂 层、热 喷 涂 热 障 涂 层 的 技 术 标 准 , 与 前 边 介 绍 的 三 项 质 量 检 验 标 准 协 调 配 套 使 用。 随 着 国 际 交 往 的 不 断 深 入、航 空 企 业 与 外 方“三 来 加 工 ”
