航空精密鑄造技術發(fā)展趨勢及應用

航空鑄造技術隨著航空裝備和民用航空產(chǎn)品升級換代而不斷發(fā)展。在成形精度、成形工裝、成形方法、成形過程控制到成形設備自動化程度各個方面都隨著航空裝備換代發(fā)展而發(fā)展，在性、自動化、經(jīng)濟性和性方面不斷改進和提高。其總的發(fā)展趨勢是構件的復雜整體化、成形的化、工藝設計和控制的全程化、檢測技術數(shù)字化。

1構件復雜整體化

為提高航空裝備性能、整體結構性能和性，減輕結構重量，降低制造成木，縮短制造周期，將原來的幾個部件組合于一體，整體鑄造成形，其形狀結構呈現(xiàn)出整體化、薄壁化和復雜化；此外，為實現(xiàn)某些功能，將結構與功能一體化，這也使得其形狀結構復雜；另外，根據(jù)構件在裝備中的使用特點和需要，有的大型整體結構件的組織結構要求均勻，有的大型整體結構件不同部位的組織結構要求不一樣(如雙性能整體葉盤)，有的構件對組織結構控制有要求(如定向或單晶葉片)，所以組織結構復雜也是航空裝備構件發(fā)展趨勢之一。

2成形化

為降低制造成木和縮短制造周期，結構件形狀尺寸要求，即無或少加工余量。美國F-35戰(zhàn)斗機要求減少機械加工量90%以上，成木降低66%，這勢求其零件整體成形且尺寸。

3工藝設計和控制全程化

為滿足裝備、高性的需求，提高鑄件自身的性能和性，使其無(少)缺陷并根據(jù)構件的使用特點和要求設計并控制各部位的組織結構。控形和控性的復雜整體鑄件是新一代裝備研制和發(fā)展的基礎，其廣泛的研究和應用大幅度提高了裝備的性能，對裝備的研制和發(fā)展起到了關鍵的作用。

高溫合金材料(定向與單晶高溫合金、金屬間化合物等)、高溫陶瓷型芯材料及其制備工藝、近凈形熔模材料與制備工藝、高溫型殼材料與制殼工藝、定向和單晶結晶工藝和控制技術等，形成了包括葉片材料、鑄造工藝設計、凝固結晶過程控制、工藝驗證與質量控制等的等軸晶、定向柱晶和單晶葉片近凈形熔模鑄造技術體系，成功應用于航空發(fā)動機葉片的生產(chǎn)。探索研究了葉片凝固結晶過程溫度梯度與結晶速度等參數(shù)對雙層壁冷葉片單晶生長的影響，研究了高溫陶瓷型芯和陶瓷型殼技術，初步形成了雙層壁冷空心葉片精鑄技術，在國內解決了整體鑄造直徑0.50m。氣膜孔、雙層壁冷葉片和發(fā)散冷卻層板的技術難題。目前盡管基木具備高溫合金葉片關鍵和重要的熱工藝，但缺乏相關技術研究和工程化研究，工藝穩(wěn)定性差，產(chǎn)品合格率低。

針對整體葉盤結構特點，通過探索葉盤葉片凝固結晶過程溫度場形成定向結晶以及輪盤形成等軸晶的溫度梯度的控制途徑，實現(xiàn)了整體葉盤葉片以定向柱晶、輪盤為等軸細晶的突破，研制出小型航空發(fā)動機整體葉盤，顯著提高了使用壽命。

在航空發(fā)動機大型整體高溫合金結構件方面，開展了大尺寸復雜薄壁整體高溫合金構件鑄造技術，整鑄出各種航空航大發(fā)動機整體導向器、葉輪以及較大尺寸700m。的某型號發(fā)動機前置擴壓器。

(2)欽合金鑄造技術

以欽合金熔模和石墨型鑄造技術為基礎，研究了系列鑄造欽合金及金屬型、搗實型等新型鑄造方法，突破了稀土氧 化物陶瓷型精鑄材料和工藝、欽合金鑄件固溶時效處理、雙重處理、熱化學處理(氫處理)工藝以及降低欽合金鑄件表而a-case厚度等技術，提高了鑄件的性，使其主要性能達到甚至超過了鍛造欽合金性能，使欽合金鑄件開始取代一些欽合金鍛件：·機加工石墨型鑄造技術可以制造出尺寸1000m。左右，尺寸精度達到CT7一CT9，壁厚在4mm左右的鑄件。此技術已經(jīng)成功應用到航空發(fā)動機欽合金鑄件上。

(3)鋁合金鑄造技術

以熔模鑄造、石膏型等傳統(tǒng)的鑄造為基礎，研究出高強高韌鑄造鋁合金材料及新型樹脂砂鑄造、復合鑄造等新型鋁合金鑄造方法，突破了計算機優(yōu)化設計和模擬技術、砂型鑄造技術、特種型芯和復雜型腔鑄造技術、反重力澆注設備與工藝等系列關鍵技術，研制出一批、的鋁合金鑄件。

盡管我國在特種合金制造技術取得了較大的進步，但長期以來，由于我國在鑄造工藝技術研究和應用方面的不足，構件的研制依然以經(jīng)驗和反復試制為主要模式，研制成木高，周期長。傳統(tǒng)鑄件形狀簡單，尺寸精度低，依然依靠機械加工精度；而復雜構件性能波動大，質量不穩(wěn)定，影響了航空裝備的性和性。與歐美發(fā)達相比，我國在技術基礎、設備、過程控制、成形改性一體化、工藝仿真和數(shù)字化檢測等方面存在差距。結合我國實際情況，為縮短與發(fā)達差距，鑄造技術研究、應用和發(fā)展應從以下幾個方面著手：

(1)建立完善的研究應用體系，加強已有技術的集成和工程化研究，穩(wěn)定構件質量和性能，提高航空發(fā)動機定向空心葉片、單晶葉片等關鍵產(chǎn)品的合格率，提高工業(yè)化水平，滿足型號生產(chǎn)需求；

(2)攻克高推重比航空發(fā)動機渦輪葉片、整體葉盤等高溫合金核心部件以及尺寸在1000m。以上的大型高溫合金、欽合金、鋁合金整體構件鑄造關鍵技術，滿足航空裝備和大型飛機研制的需要；

(3)加強應用基礎理論和新型特種工藝研究，掌握鑄造過程基木規(guī)律，建立系統(tǒng)的鑄造基礎理論和成形方法的框架，尋找成形工藝與組織、尺寸、性能的定量關系，實現(xiàn)鑄件尺寸和組織的控制，滿足我國航空工業(yè)未來發(fā)展的需要。

鑄造技術是一項傳統(tǒng)而又基礎的工業(yè)技術，也是航空工業(yè)中的關鍵制造技術之一。隨著航空裝備更新?lián)Q代，對構件的復雜程度、壁厚、尺寸精度、性能等要求不斷提高，促使鑄造技術也隨之不斷發(fā)展；鑄造技術與計算機應用技術相結合，實現(xiàn)了過程仿真和控制，也使之與時代共發(fā)展，并不斷擴大應用。

我國航空鑄造技術履需建立完善的研究應用體系，開展關鍵構件關鍵技術的工程化研究，提高研制能力和工業(yè)化水平；同時要加強凝固過程基木規(guī)律和過程控制技術的研究，縮短與發(fā)達的差距，滿足航空裝備和民用航空產(chǎn)品研制生產(chǎn)和發(fā)展的需求。