K4169高温合金复杂环形件熔模精密铸造工艺的研究

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目前我国熔模铸造技术正在逐渐缩小与国外的差距,但对于整体铸造的高温合金机匣件,国内铸造水平还比较落后,存在冶金缺陷多、尺寸控制难度大和使用寿命短的问题,研究此类机匣铸件的熔模铸造工艺,为该类铸件在航空发动机中的进一步推广使用,有着重要意义。复杂环形件是发动机的重要机匣类零件,采用K4169高温合金铸造成型,与以往研制的同类铸件相比,该件具有整体壁薄、热节分散、盲腔较多等特点。本文以复杂环形件为研究对象,得到一套合理可行的熔模铸造工艺参数,完成了铸件的研制及铸件的加工装机,并初步掌握了复杂环形件的熔模铸造工艺。研究了复杂环形件的熔模快速成型制造工艺、型壳制造工艺,通过对烧结参数和型壳制造参数的调整试验,利用快速成型技术在短时间内完成了熔模及型壳的制造。研究发现,每层铺粉厚度0.2mm熔模表面质量和尺寸要好于小型零件常用的单层铺粉厚度0.15mm,在100℃的白石蜡中二次浸蜡可以提高熔模的表面光洁度。前六层采用硅溶胶和硅酸乙酯交替法进行型壳制造,前四层采用80-100#刚玉砂,同时在相对湿度40~60%,温度23±2℃环境中,可以制造出未放置陶瓷型芯的复杂型壳。对浇注温度速度等相关参数计算并使用模数法对浇注系统进行设计,然后通过数值模拟技术进行修正,可以很好的设计复杂环形件的浇注系统并用于实际生产,试验表明,复杂环形件冒口的安全系数在1.2~1.5时,可以满足补缩要求。根据实际浇注结果进行模拟及修正后,采取浇注温度1480℃,预热温度950℃,浇注时间11s的工艺参数,可以获得冶金质量良好的复杂环形件铸件,并使铸件生产周期缩短了三个月。研究表明,复杂环形件各部位取样的室温拉伸性能比较接近,室温抗拉强度最高为992MPa,最低为743 MPa。屈服强度最高为885 MPa,最低为671 MPa。而1430℃单注试样的抗拉强度最高为1250 MPa,最低为1092 MPa,屈服强度最高为1135 MPa,最低为987MPa。铸件厚大部位650℃高温持久寿命高于薄壁部位,但相比单注试样,持久寿命均明显下降
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