110.浇、冒系统设计在大型复杂薄壁环型结构件上应用.pdfVIP

2010 中国铸造活动周论文集 浇、冒系统设计在大型复杂薄壁 环型结构件上的应用 费 晶 （沈阳黎明航发（集团）有限责任公司精密铸造厂，辽宁 沈阳 110043） 摘要：某机大型复杂薄壁环型结构件的铸造工艺技术研究是近年来在熔模铸造领域采用的新技术。该铸件 结构复杂，径向尺寸大，要求精度高，冶金技术标准要求严格。经过近两年的攻关实践，解决了大型复杂 薄壁结构铸件浇注成型的难题，攻克了铸件浇注后的缩孔、欠铸、裂纹、疏松、变形的技术难题，为在该 项领域的技术提升，积累了宝贵的经验。本论文重点论述了浇、冒口设计在大型复杂薄壁结构件生产研制 方面的应用，从研制结果看，浇、冒口设计在大型复杂薄壁结构件的生产研制方面起到了至关重要的作用。 关键词：大型复杂薄壁环型结构件；欠铸；裂纹；变形；疏松 1 前言 某机大型复杂薄壁环型结构件，采用 K4169 高温合金铸造，长期在 650～800℃的高温下工作，要求具 有较高的高温强度和高温抗蠕变的能力。该铸件直径尺寸接近950mm，高度尺寸约为190mm，最小壁厚2.0mm。 由于该铸件径向尺寸过大，因此铸件浇注后的欠铸、裂纹、疏松、变形等冶金缺陷严重。尤其在冒口的根 部，缩孔倾向严重。过去，由于缺少研制生产此类大型复杂薄壁环型结构精密铸件熔模铸造的经验技术， 因此在研制初期，铸件出现各种铸造缺陷。 过去，该类大型复杂薄壁环型结构件的精密铸造技术一直被西方少数发达国家所掌握。本课题研制的 铸件是我国在 2008 年开始，首次尝试整体熔模精密铸造最大的航空发动机环型结构件。该铸件在研制过 程中取得的突破，使黎明公司在这一制造技术领域与西方少数发达国家的差距大大缩小，同时在国内该项 技术处于领先的地位。这一铸造技术取得的成功，为提升发动机的制造水平，为新一代发动机的生产研制 起到了重要的作用。 2 合金的化学成分 该铸件采用 K4169 合金铸造，其化学成分如表 1所示： 表1 K4169合金其学成分 化 学 成 分 合金牌号 C Ni Cr Nb Mo Al Ti Fe K24 ＜0.1 50～55 17～21 4.4～5.4 2.8～3.3 0.3～0.7 0.65～1.15 余量 B Zr Si Mn S P Co Ta Cu 合金牌号 不 大 于 K24 0.006 0.03 0.35 0.35 0.015 0.015 1.0 0.1 0.3 注：正常生产时，Zr可不分析。 - 1 - 2010 中国铸造活动周论文集 从表 1 中可以看出，合金中含有相当高的 Nb、 Mo 以及适量的 Al、Ti 元素，这些元素在合金热处理 过程中析出的强化相，对于稳定合金在 650～800℃的工作期间保持较高的高温强度及高温抗蠕变能力，起 着重要的作用。但 Fe 元素的含量趋近 20%，决定了该合金只能在中温状态下工作，而 Fe 元素的大量增加， 使合金中产生 Laves 相的倾向加大，使得铸造过程中形成裂纹的倾向加大，同时恶化了合金的焊接性能。 该铸件浇注后，为改善合金的相组织，采用真空炉进行热处理。首先进行热等静压处理，然后进行高温均 匀化、固溶化处理。通过合金的热等静压与真空热处理，减少了合金中的 Laves相组织，减少了铸件内部 的疏松。 3 铸件的结构简介 图 1 为大型复杂薄壁环型结构件的图片。该铸件由内外环及八